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小型客车上部结构耐撞性研究与优化
| 论文题名： | 小型客车上部结构耐撞性研究与优化 |
| 关键词： | 小型客车;上部结构;顶部抗压;耐撞性;优化设计 |
| 摘要： | 近年来客车侧翻事故越来越严重，其“群死群伤”的特点使乘员的生命安全受到严重威胁，导致巨大的财产损失；并且随着安全法规的实施，对客车上部结构强度提出了更高的要求。本文以某车企的小型客车为研究对象进行顶部抗压强度和侧翻试验研究，同时建立顶部抗压强度仿真模型和侧翻模型，分析整车上部结构的变形特点及其耐撞性的影响因素，最终提出上部结构耐撞性优化方案。本文主要进行了以下几个方面的工作： （1）分析非线性动态有限元仿真理论，从物体变形和运动控制方程、时间积分算法和时间步长调节、接触-碰撞界面模拟计算、薄壳单元、沙漏控制等方面进行算法的理论阐述。介绍仿真软件LS-DYNA和HyperMesh的特点和功能，从网格质量检查、材料与属性设置、接触设置方面研究仿真模型的建立与检查。 （2）根据 FMVSS216法规进行小客车顶部抗压强度试验，试验结果表明在加载载荷达到三倍整备质量时加载装置的位移为60mm，小于法规中要求的127mm，但是最大加载载荷为40.12KN，其承载能力裕度不足。将顶部抗压强度有限元模型仿真计算结果与试验结果进行对比分析，根据主要变形部件及力传递路径对车身顶部结构进行优化，抗压强度和吸能特性分别提高17.04%和12.23%。 （3）根据 GB17578-2013进行小客车侧翻试验，试验中变形规与车身结构发生接触，判定生存空间被侵入。对比整车模型质心位置与试验车辆质心位置测量值，验证侧翻临界角的准确性。根据侧翻运动轨迹特点提出两种仿真效率提升方案，分别实现仿真效率24.82%和79.84%的提升，综合考虑上部结构变形、计算时间和速度因素，选择从触地开始进行侧翻碰撞。仿真结果显示上边梁滑槽处最大侵入量为45.9mm，不满足国标要求，从整车变形、碰撞力、局部截面力、加速度等方面进行分析，确定整车侧翻时上部结构主要的吸能部件和承载部件，并对其变形模式进行分析。 （4）从拉伸（压缩）与弯曲的组合变形、弯曲与扭转的组合变形和压杆的失稳变形等方面分析薄壁梁结构的变形模式，通过理论分析与有限元仿真，研究壁厚、截面形态、加强结构三个方面对上部结构耐撞性的影响。采用正交试验矩阵法研究关键结构厚度对质量、吸能以及侵入量的综合影响，计算结果表明权重从大到小依次为：A柱、B柱、上边梁、顶盖横梁。基于以上研究成果，分别从增加壁厚、使用加强板、角板以及高强度钢、改善截面形态等方面提出上部结构耐撞性优化设计方案，仿真验证结果表明，车身上部结构最大变形量从128mm减小至75.6mm，未侵入生存空间，满足国标要求，小客车上部结构耐撞性得到提升。 |
| 作者： | 席小婷 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 莫易敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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