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汽车侧围结构抗柱撞设计理论与方法研究
| 论文题名： | 汽车侧围结构抗柱撞设计理论与方法研究 |
| 关键词： | 汽车工程;车身侧围结构;抗柱撞设计;仿真模型 |
| 摘要： | 本课题得到国家自然科学基金项目(51275164)资助。 随着我国汽车工业的快速发展，汽车年产销量稳居世界第一位，与此同时，道路交通安全形势也愈发严峻。相关数据统计显示，汽车侧面碰撞事故是仅次于正面碰撞事故的碰撞形式，这其中包括汽车因失控与路旁的柱状物发生的侧面碰撞事故。由于汽车侧面柱碰撞中柱状物坚硬、碰撞速度高、碰撞接触面积小、碰撞区域车身结构刚度薄弱等原因，乘员会面临极大的损伤死亡风险。因此，该碰撞形式对车身侧围结构的抗柱撞设计提出了非常高的要求。 针对上述问题，本文首先对侧面柱碰撞中车体的运动过程和受力情况进行理论分析，得出该碰撞形式下的能量转化过程和假人损伤机理，为后续的车身侧围抗柱撞结构设计提供理论基础。首先建立整车侧面柱碰撞有限元仿真模型，在经过模型有效性验证的前提下，对整车侧面柱碰撞仿真结果中的车身压溃变形、各部件吸能情况、车体加速度响应、碰撞力传递路径以及侧围结构侵入等耐撞性指标进行研究，得出车体抗侧面柱撞耐撞性改进设计的方向和原则，并且对门槛梁、B柱、顶盖横梁、座椅横梁等关键受力吸能部件提出改进方案，有效提高了车身侧面柱碰撞耐撞性。在此基础上，提出一种结合结构拓扑优化和多目标参数优化的车身抗柱撞耐撞性设计方法，并将其应用于车门的抗柱撞优化设计。通过力学计算将车门柱碰撞和车门刚度试验中的动力学问题转化为静力学问题，采用静力学结构拓扑优化方法得到车门防撞梁的最佳材料分布，选取合适的截面得到两种新型的防撞梁结构，通过多目标参数优化使防撞梁同时具备最佳的抗柱撞性能、最轻的质量和最大的结构刚度。提出一种基于正交试验敏感度分析方法的材料匹配设计方法，并将其应用于车身侧围关键部件的材料匹配，通过分析结构总吸能和材料成本对各部件材料替换的敏感度，选择合适的部件进行高强度钢材料的替换，解决了车身不同等级材料的配置问题。 论文研究结果表明:从车身结构和材料出发，采用合适的结构优化设计方法和材料匹配方法进行改进设计可以有效提高汽车抗侧面柱撞性能。本文提出的考虑汽车侧面柱碰撞形式的车身结构改进设计方案能够有效提高车身侧面刚度，减少车身受柱撞时的变形量和刚性柱的侵入量，研究方法和结果对同类车型的抗侧面柱撞设计具有参考意义。 |
| 作者： | 唐涛 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张维刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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