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基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究
| 论文题名： | 基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究 |
| 关键词： | 汽车保险杠;结构设计;低速耐撞性;行人腿部保护功能;蒙特卡洛模拟技术 |
| 摘要： | 根据交通数据显示，行人是交通事故中的主要受害者，为此各国相继颁布了行人保护条例以提高汽车的行人保护功能。当行人与车辆发生碰撞时，行人腿部是主要的受伤部位，而且由于保险杠是最先与行人腿部接触的部件，因此减小保险杠系统的整体刚度有利于减小行人腿部的损伤。然而保险杠系统在低速碰撞中还需发挥关键作用，以保护散热器等车内部件和车内乘员，因此保险杠系统整体刚度的减小不利于保险杠系统的低速耐撞性。为此，本文针对保险杠系统的低速耐撞性和行人腿部保护功能对保险杠的结构进行优化设计。 本文首先对各国的行人保护条例和低速碰撞评价体系做了深入的了解，其中关于行人保护遵循欧洲新车评价程序EuroNCAP，汽车低速碰撞参考欧洲法规ECER42低速碰撞评价体系。其次分别建立了汽车低速碰撞和汽车行人腿部保护的有限元模型进行仿真计算，其中低速碰撞的输出响应为保险杠横梁的侵入位移，行人腿部保护的输出响应为胫骨加速度、膝关节弯曲角度和膝关节剪切位移，评价本文所用的这款车型是否满足EuroNCAP和ECE R42。由于有限元分析存在误差，考虑10％的安全裕度后，行人的胫骨加速度超出考虑安全裕度后的Euro NCAP的目标值。因此本文以上横梁厚度、蒙皮厚度和吸能泡沫密度为设计变量，以胫骨加速度为优化目标，膝关节弯曲角度、膝关节剪切位移和保险杠横梁的侵入位移为约束响应，采用试验设计技术、近似建模技术和多岛遗传算法MIGA对保险杠结构进行确定性优化，在考虑设计变量的不确定性的基础上，采用基于蒙特卡洛模拟技术的6σ质量设计，对保险杠结构进行了稳健性优化设计。 本文的研究结果表明，尽管稳健性优化结果和确定性优化结果在数值上差别较小，甚至稳健性优化结果的数值会大于确定性优化结果而使优化结果变差，但稳健性优化结果较初始设计在数值上已有很大的改进，并且稳健性优化结果较确定性优化结果的可靠稳健性得到大幅提高，从而满足设计要求。采用文中提出的方法既维持了保险杠结构的低速耐撞性又改善了保险杠结构的小腿保护功能并且结果具有较高的稳健性，为日后保险杠的设计提供了参考。 |
| 作者： | 宋佳 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 钱立军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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