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汽车侧围结构耐撞性能的研究与优化
| 论文题名： | 汽车侧围结构耐撞性能的研究与优化 |
| 关键词： | 侧面碰撞;有限元分析;薄壁构件;弯曲变形;优化设计;汽车工程 |
| 摘要： | 汽车的侧面碰撞安全性是汽车安全性设计中最为重要的课题之一。在侧面碰撞事故中，若要保证乘员的安全性，最有效的办法是利用车身自身结构的弯曲变形吸收耗散碰撞能量，减少或者避免碰撞能通过车身结构的侵入转移到车内乘员身上。通过对国内外汽车侧面碰撞方面的研究进行总结，发现利用CAE技术从侧围结构弯曲性能方面提高侧面碰撞耐撞性的研究具有重要的现实意义。 首先，本文基于建立的整车有限元模型，获取了碰撞过程的速度响应曲线，着重对侧碰事件整个历程进行了研究，分析了对侧面碰撞耐撞性起重要作用的两个因素：假人和车体之间的碰撞结束时刻的速度vt和碰撞时序。建立侧碰简化模型，分析得到应保证移动变形壁障和车体之间的碰撞力F尽可能的大、车门内饰板和假人之间的接触力Fbb的数值应尽可能的小、车门内饰板和假人之间的间隙H尽可能的大来实现控制上述两个影响因素的目的。并选择侵入量、侵入速度和能量吸收特性作为在车身结构设计阶段未包含约束系统和假人时评价结构的耐撞性能的指标。 然后，本文基于三点弯曲试验的有限元模型，结合T.H.Kim等人建立的矩形截面薄壁梁的弯曲变形理论，将矩形截面薄壁梁作为研究对象，讨论材料和几何参数对薄壁构件在横向载荷作用下的弯曲性能的影响，发现对于应变强化能量强的材料塑性极限应变更大，对横向加载产生抵抗的能力更强，即弯曲吸能的能力更高；对于焊接边位置的设计应尽可能的让碰撞薄弱部位的形状接近双帽梁结构；对于截面宽高比，宽高比增加会导致惯性矩减小，从而造成薄壁构件的抵抗弯曲变形的能力降低；对于板厚的设计，板厚过大，不利于结构发生完全弯曲变形，造成厚度和质量的浪费，应根据实际的需求选个适合的板厚。 最后，对B柱尺寸进行了多目标优化设计。在拉丁超立方试验设计方法和自适应响应面方法的基础上，对B柱的内板、加强板、加强件的板厚和加强件的高度进行多目标优化，利用Hyperworks和LS-DYNA软件求得最优解。对侧围其他结构采取的优化方式：对门槛梁较为薄弱处增加支撑架、对B柱和门槛梁搭接的接头部分进行了适当的延长和加宽等。通过整车仿真，对比优化前后所获得的侵入速度曲线和乘员生存空间大小，验证了优化设计的有效性和可靠性，实现了考虑轻量化设计的前提下，提升汽车侧围结构耐撞性能的优化目标。 |
| 作者： | 徐芳 |
| 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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