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基于行人头部保护和刚度要求的发动机罩内板优化设计
| 论文题名： | 基于行人头部保护和刚度要求的发动机罩内板优化设计 |
| 关键词： | 汽车发动机;罩内板;静态刚度;行人保护;优化设计;有限元分析 |
| 摘要： | 随着我国汽车保有量的逐年增加,在汽车碰撞事故中弱势行人受到的伤害随之增多,其中头部损伤是造成行人死亡的主要原因。在人-车碰撞事故中,头部主要的接触区域是发动机罩,因此发动机罩优化设计需要考虑行人保护以降低头部伤害。同时,发动机罩设计需要满足不同工况下的扭转和弯曲刚度要求。 现有的研究工作,多数是单纯从提高行人头部保护性能或者改善静态刚度出发,对发动机罩进行改进设计,二者分开、独立进行,缺乏一种有效的方式将这两种设计要求同时融入到发动机罩的设计工作中。针对上述问题,本文提出了一种基于行人头部保护和静态刚度的发动机罩内板多学科优化设计方法,耦合以上两种设计要求对发动机罩进行优化设计。由于发动机罩对儿童更容易造成伤害,本文针对儿童头型撞击发动机罩开展分析。 首先,本文根据GB/T24550—2009《汽车对行人的碰撞保护》中对于儿童头型冲击器的设计要求,开发了相应的LS-DYNA儿童头部碰撞有限元模型。通过法规中对于头模质量、质心和转动惯量的要求,确定了几何模型的关键尺寸。利用响应面优化法得到了材料关键参数,从而满足法规中儿童头型的跌落加速度和频率要求。最后,通过对该有限元模型进行仿真验证,表明模型满足法规要求,并将其用于后续的儿童行人保护研究。 采用LS-DYNA、MSC NASTRAN与ENKIBONNET分别作为碰撞仿真、刚度分析和参数优化的工具。在前期开发的儿童头型冲击器有限元模型的基础上,针对某款发动机罩,进行了静态刚度分析和针对某个撞击点的行人头部碰撞分析。对该发动机罩内板进行参数化设计和优化,优化过程耦合了行人头部保护和静态刚度分析要求。仿真模型建立后,进行了碰撞和刚度分析;将内板优化转变为基于CAE的参数化设计,得到优化设计方案;利用响应面法作为最优化方法,结合遗传优化算法确定了发动机罩设计的优化参数。结果表明,优化方案对于行人头部保护的效果提升明显,从而验证了该多学科优化方法的可行性,为发动机罩内板的优化设计提供了可借鉴的方法。 最后,进行了铝质发动机罩内板结构的正向概念性设计。介绍了设计思路,在某款外板的基础上进行了内板结构设计方案的探索,评估了铝质发动机罩的行人头部保护性能,并且对比分析了铝质和钢质发动机罩的头部碰撞性能。这种设计方法对发动机罩内板结构的正向设计和开发具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 曾小敏 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 彭雄奇;鲁宏升 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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