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基于耐撞性拓扑优化的汽车碰撞安全关键件设计
| 论文题名： | 基于耐撞性拓扑优化的汽车碰撞安全关键件设计 |
| 关键词： | 拓扑优化技术;汽车工业;碰撞安全;有限元模型;工艺参数 |
| 摘要： | 近年来汽车工业的飞速发展，中国俨然已经成为汽车产销的第一大国。我国居民汽车保有量的不断提高，同时也伴随着交通事故的发生的次数也不断提高。随着人们对汽车碰撞安全性能的认知也日益提高，汽车的安全性能也等同于舒适性和动力经济性成为了人们购买汽车考虑的重要性能之一。为了满足国家目前现有的安全法律、法规和C-NCAP的星级评定指标，同时迎合消费者的市场需求，汽车厂商对于车辆的碰撞安全的结构设计也越来越重视。 在汽车开发的概念阶段，拓扑优化手段可以有效的找出最佳的碰撞载荷路径，有助于整车的碰撞安全性能提升。不同于传统的拓扑优化方法，耐撞性拓扑优化方法可以直接运用动态的加载方式，运用LS-DYNA的显式有限元算法直接参与优化模型的计算迭代过程中。本文详细的阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法，并给出其迭代求解的数学模型。 本文以实际工程为依托，以某设计开发阶段车辆为研究对象，将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中。针对车辆正面碰撞（正面100％重叠刚性壁障碰撞，下同）安全性能不佳，运用耐撞性拓扑优化方法，对目标车辆的前舱主要碰撞安全部件进行正面碰撞的拓扑优化，以拓扑优化结果的材料分布情况为依据，结合薄壁管、梁结构的压溃理论以及实际工程因素，指导车辆前舱主要吸能部件的结构的初始设计。针对其在分析过程中存在的侧面碰撞（可变形移动壁障侧面碰撞，下同）侵入量较大及偏置碰撞（正面40％重叠可变性壁障碰撞，下同）门槛梁折弯等现象，运用耐撞性拓扑优化方法，建立门槛梁的等效拓扑优化模型，对门槛梁及其内部结构的材料分布进行重新定义，经过必要的工程诠释和工艺修正后，获得门槛梁的拓扑优化结果。根据拓扑优化结果，在初始设计的基础上重构车辆碰撞有限元模型，对其碰撞安全性能进行分析。结果表明:正面碰撞过程中，前舱吸能空间的利用率大大提高，降低车辆有效加速度;偏置碰撞过程中门槛梁的X向压溃量由20.3mm降低到13.8mm;侧面碰撞过程中，B柱相对于假人骨盆位置的侵入量降低11.5％，侵入速度降低6.5％，这对于保护车内司乘人员起着至关重要的作用。 最后，对耐撞性拓扑优化方法对于车辆实际设计的应用作进一步讨论。 |
| 作者： | 黄鹏冲 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 成艾国;聂昕;冯高山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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