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原文传递基于柔性腿的汽车前端结构优化

论文题名：	基于柔性腿的汽车前端结构优化
关键词：	柔性腿;碰撞形态;汽车前端结构;行人下肢保护;优化设计;有限元仿真
摘要：	行人防护技术，是针对道路上没有安全保障的行人而出现的。行人与汽车碰撞，行人具有高度损伤风险。近年来，世界各国开始关注行人安全，随着人体损伤生物学，计算机仿真等技术的进步，极大促进了行人安全防护的发展。在碰撞中，行人头部和下肢是碰撞中最容易受伤的部位，针对腿部和头部的防护，也是现在研究的主流。腿部防护研究中，由日本开发研究的柔性腿是最新的下肢试验碰撞模型，用于模块试验中腿部碰撞。腿部模块的发展也是各国之间寻求国际合作，共同推动行人安全问题的结果。　　本文基于新型柔性小腿，研究优化汽车结构，改善吸能效果，从而降低碰撞中柔性小腿受到的伤害峰值，同时也找出影响柔性腿碰撞结果的汽车关键性结构。　　首先，研究人体下肢损伤生物力学，和柔性腿的发展过程。并通过柔性腿仿真模型和真实模型，研究柔性腿的物理结构，骨骼组成，膝盖构成；研究其模型中传感器安装位置，以及工作方式。将柔性腿对比行人下肢以及下肢损伤机理，发现柔性腿具有生物逼真度高，试验重复性好等优点，但同时也有些缺点需要完善。　　在研究柔性腿的基础上，通过仿真软件Hypermesh建立轿车和SUV车型有限元仿真模型，研究发现，SUV车型和轿车车型与行人下肢碰撞时，由于车型离地高度不同，前端结构不同，会造成腿部碰撞形态的差异，从导致相差较大的碰撞结果。　　因此需要分别研究轿车和SUV车型，修改汽车前端结构参数，如修改前保险杠吸能结构、副保险杠、在SUV车型添加上支撑等方法，与柔性腿进行仿真模型碰撞实验。借助LS-DYNA仿真分析软件，研究仿真碰撞结果。分析比较修改相关结构参数的计算结果，确定有利于降低柔性腿碰撞伤害峰值的优化方式，并找出影响柔性腿碰撞的关键性汽车结构。　　优化结果表明：柔性腿与轿车车型碰撞，若汽车前保险杠安装泡沫吸能结构，泡沫低刚度且薄更有利于降低碰撞伤害峰值；若安装薄壁吸能结构，会有远比泡沫结构更好的优化结果，尤其是在膝盖韧带部位的仿真结果，但是薄壁吸能结构需要足够的吸能空间。在柔性腿碰撞中轿车车型安装副保险非常重要，其起到辅助吸能，改变腿部运动形态的作用。　　由于通过性要求，SUV车型车型离地高度大。SUV与柔性腿碰撞仿真结果高于轿车仿真结果，因此该车型优化难度更高。薄壁吸能结构刚度较低有利于碰撞结果，但影响不大。上支撑结构对SUV车型重要性和轿车中副保险杠重要性等同，是关键性结构。而保险杠离地高度越低越好，副保险杠添加对碰撞结果有比较小的影响。
作者：	何东
专业：	机械工程
导师：	杨黎明;刘军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文