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基于前纵梁结构分析的微型车耐撞性研究

作　者: 王猛
导　师: 王军杰
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 正面碰撞前纵梁吸能平均压溃力
分类号: U467.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 55次
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内容摘要

在新车的开发过程中，碰撞安全性是关注的重点之一。前纵梁作为汽车正面碰撞过程中的主要吸能部件，决定了碰撞过程中车身的响应情况。深入认识纵梁的结构特征，合理设计纵梁的结构，对整车耐撞性的研究意义重大。本文的研究以一辆微型车的正面碰撞的耐撞性改善为分析背景，针对微型车的前纵梁及其连接结构，进行了较系统的理论分析和仿真实验，提出微型车耐撞性改善的思路。具体工作如下：1.建立整车的有限元模型，完成微型车正面碰撞的仿真计算。针对碰撞结果显示出的问题，指出车身结构中存在的问题，同时提出改进方向。2.针对全局特征（壁厚、截面尺寸、材料特性等）对前纵梁压溃过程的影响进行分析。1)修正Weigang Chen的折叠单元理论，完成帽型截面管梁平均压溃力表达式的理论推导。对比前人的表达式，本文表达式的计算结果更趋近于实验结果。从计算表达式可以看出，壁厚比截面尺寸，对管梁的吸能影响大。2)根据V.Tarigopula的实物实验，建立了相应尺寸的帽型截面管梁的动态和静态的压溃仿真模型。仿真分析结果与实验结果趋于一致。3.针对局部特征（变形诱导槽和面内孔）对前纵梁压溃过程的影响进行分析。分析结果显示，相比面内孔，诱导变形槽的存在对压溃过程中的峰值力影响显著。增加变形诱导槽的数目，可以提高平均压溃力数值，改善结构吸能效果。4.针对相关连接结构（前横梁、前立柱、等）对前纵梁压溃过程的影响进行分析。分析结果显示，独立式的前横梁结构较好；前轮罩和加强件对前纵梁的压溃特性影响比较显著。5.综合上述的分析，给出前纵梁及其相关结构的改进方案。根据改进方案，改进原始分析模型，再次进行仿真计算。改进后的整车模型在正面碰撞中的结构变形得到了有效控制。本文的研究，为纵梁结构的进一步研究和微型车耐撞性改善提供了可借鉴的思路和经验。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 课题研究目的及意义  10-12
  1.2 国外相关研究现状  12-15
    1.2.1 整车耐撞性的研究  12-13
    1.2.2 管梁压溃的研究  13-15
  1.3 国内相关研究现状  15-16
    1.3.1 整车耐撞性的研究  15
    1.3.2 管梁压溃的研究  15-16
  1.4 主要分析软件介绍  16-17
    1.4.1 HYPER WORKS 简介  16-17
    1.4.2 LS-DYNA 简介  17
  1.5 有限元基础简介  17-22
    1.5.1 显式积分与时间步长控制  19-20
    1.5.2 接触的相关问题  20-22
  1.6 本文的主要内容与工作流程图  22-24
第二章整车正面碰撞模型的建立  24-32
  2.1 网格划分  24-26
    2.1.1 网格划分标准分析  24-25
    2.1.2 网格划分实例和模型  25-26
  2.2 连接关系的处理  26-27
  2.3 材料模型的处理  27-28
  2.4 边界条件  28-29
    2.4.1 运动边界的表达  28-29
    2.4.2 接触边界的表达  29
  2.5 建模的补充说明  29-31
    2.5.1 刚体的定义和使用  29-30
    2.5.2 配重的说明  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章优化前碰撞结果分析  32-46
  3.1 整车变形情况  32-34
  3.2 基本能量曲线分析  34-37
  3.3 减速度曲线分析  37-38
  3.4 变形情况分析  38-43
    3.4.1 梁变形情况分析  38-39
    3.4.2 前门框变形分析  39-40
    3.4.3 转向柱跳动分析  40-41
    3.4.4 前围板侵入分析  41
    3.4.5 脚踏板跳动分析  41-42
    3.4.6 分析数据的进一步说明  42-43
  3.5 基本应对思路  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章前纵梁全局特征的分析  46-62
  4.1 管梁压溃分析的理论背景  46-48
  4.2 简化的超级折叠单元的变形模式与耗能分析  48-51
    4.2.1 单个折叠单元变形模式的修正  48-50
    4.2.2 单个折叠单元的耗能分析  50-51
  4.3 帽型截面管梁压溃过程分析  51-52
  4.4 表达式有效性与局限性分析  52-55
  4.5 模型验证  55-61
    4.5.1 实验和模型描述  55-57
    4.5.2 动态压溃实验  57-59
    4.5.3 准静态压溃实验  59-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章前纵梁局部特征的分析  62-73
  5.1 引言  62-64
  5.2 面内圆孔对压溃特性的影响  64-67
    5.2.1 面内圆孔的直径对压溃特性的影响  65-66
    5.2.2 面内圆孔的位置对压溃特性的影响  66-67
  5.3 变形诱导槽对压溃特性的影响  67-72
    5.3.1 变形诱导槽位置对压溃特性的影响  67-68
    5.3.2 变形诱导槽深度对压溃特性的影响  68-69
    5.3.3 变形诱导槽宽度对压溃特性的影响  69-70
    5.3.4 变形诱导槽间隙对压溃特性的影响  70-71
    5.3.5 变形诱导槽数目对压溃特性的影响  71-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章前纵梁连接关系的分析  73-79
  6.1 引言  73-74
  6.2 常见的散热器支架结构  74-75
  6.3 常见的前横梁结构  75-76
  6.4 简化的前轮罩对压溃特性的影响  76-77
  6.5 加强件对压溃特性的影响  77-78
  6.6 本章小结  78-79
第七章优化后碰撞结果评价  79-84
  7.1 结构改进方案  79-80
  7.2 优化前后碰撞结果对比分析  80-83
  7.3 本章小结  83-84
第八章结束语  84-86
  8.1 全文总结  84-85
  8.2 展望  85-86
参考文献  86-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  91-93

基于前纵梁结构分析的微型车耐撞性研究

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