学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FEM/DEM的头部撞击挡风玻璃的仿真方法研究

作　者: 陈虎
导　师: 臧孟炎
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: FE/DE耦合方法接触搜索算法本构关系汽车挡风玻璃行人保护
分类号: U467.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 54次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

头部损伤是汽车交通事故中最常见的伤害类型之一,而且头部损伤是造成行人重伤或者死亡的主要形式。随着世界各国越来越重视行人安全保护,行人头部与汽车挡风玻璃的碰撞问题成为了一个研究热点。目前对此问题的仿真研究方法主要是基于多刚体动力学理论或者有限元方法(FEM)。多刚体动力学方法不能描述对象内部的应力、应变响应;建立在连续介质力学基础之上的有限元法计算效率高,但难以描述玻璃材料失效和裂纹扩展;离散元法(DEM)能很好地处理弱界面连接及非连续介质力学问题,但计算效率比较低。本文充分结合有限元法和离散元法的优点,基于有限元/离散元(FE/DE)耦合方法进行了如下开发工作,并在不考虑玻璃破坏的前提下,仿真研究了头部撞击挡风玻璃的冲击响应。首先,对课题背景和意义进行了论述。然后,推导了粘弹性材料(头皮材料类型)本构关系中应力更新的增量式,以及刚体(球体和底板材料类型)的运动学和动力学关系式,并在FE/DE耦合程序CDFP(Combined Finite and Discrete Program)中添加了这两种材料的子程序。针对具体实例分别使用CDFP和LS-DYNA求解,对比计算结果以验证材料模型开发的准确性。紧接着,在CDFP中开发了基于罚函数法的有限元接触搜索算法。全局搜索算法采用空间盒子划分和节点链表技术,运算量为O(N);局部搜索算法采用内外判断算法。接触算法的有效性通过与LS-DYNA对同一模型的计算结果进行对比来验证。最后,建立人体头部有限元模型和汽车挡风玻璃的FE/DE耦合模型,并在不考虑玻璃破坏的前提下对头部撞击挡风玻璃的碰撞过程进行仿真模拟,通过和LS-DYNA的计算结果进行对比,以验证该FE/DE耦合方法的有效性。结果表明,目前在不考虑玻璃破坏的情况下采用FE/DE耦合方法能很好地对行人头部与汽车挡风玻璃的碰撞过程进行仿真分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 本文研究背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
第二章 FEM/DEM基本理论及CDFP介绍  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 FEM基本理论  18-20
    2.2.1 FEM控制方程  18-19
    2.2.2 中心差分法  19-20
  2.3 DEM基本理论  20
    2.3.1 DEM介绍及单元连接形式  20
    2.3.2 DEM控制方程  20
  2.4 有限元和离散元耦合介绍  20-21
  2.5 时间步长的控制  21-22
  2.6 CDFP介绍  22-23
  2.7 本章小结  23-26
第三章材料本构关系及刚体运动学和动力学  26-43
  3.1 引言  26
  3.2 线性弹性材料的本构关系  26-28
  3.3 线性粘弹性材料本构关系  28-32
  3.4 刚体运动学和动力学分析及程序实现  32-38
    3.4.1 引言  32
    3.4.2 刚体的质量、质心及转动惯量的求解  32-34
    3.4.3 刚体运动学分析  34-36
    3.4.4 刚体动力学分析  36-37
    3.4.5 刚体有限元模型中节点运动学量的求解  37-38
  3.5 数值算例验证  38-42
    3.5.1 线性粘弹性材料的数值验证  38-40
    3.5.2 刚体运动学及动力学数值验证  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章接触算法  43-65
  4.1 引言  43
  4.2 接触碰撞算法概述  43-45
  4.3 FE/FE接触算法  45-58
    4.3.1 算法概述  45-46
    4.3.2 全局搜索算法  46-54
    4.3.3 局部搜索算法  54-58
    4.3.4 接触力计算  58
  4.4 FE/DE接触算法  58-60
  4.5 数值算例验证  60-64
    4.5.1 两弹性块撞击实例分析  60-62
    4.5.2 刚性球与平板碰撞  62-63
    4.5.3 罚因子对接触力的影响  63-64
  4.6 本章小结  64-65
第五章头部撞击挡风玻璃的仿真分析  65-78
  5.1 引言  65
  5.2 碰撞模型的建立  65-69
  5.3 材料、边界及加载  69-70
  5.4 结果分析与比较  70-77
  5.5 本章小结  77-78
总结与展望  78-80
  全文总结  78
  未来工作展望  78-80
参考文献  80-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89-90

基于FEM/DEM的头部撞击挡风玻璃的仿真方法研究

内容摘要

全文目录

相似论文