原文传递
汽车复合材料碰撞吸能装置设计与仿真方法研究
| 论文题名： | 汽车复合材料碰撞吸能装置设计与仿真方法研究 |
| 关键词： | 汽车被动安全;碰撞吸能装置;复合材料;结构设计;仿真方法 |
| 摘要： | 汽车被动安全一直是国内外研究的热点,且其安全性能的优劣很大程度取决于汽车外部保护部件——保险杠系统的碰撞性能。本文主要对汽车保险杠部位的碰撞吸能装置进行研究:在总结分析了国内外相关研究发展状况的基础上,以复合材料应用为出发点,通过 LS-DYNA和 VPG等有限元软件的碰撞仿真试验分析,最终设计出了具有高效吸能、质量轻,能大幅度增加汽车被动安全性能的复合材料碰撞吸能装置。 本文的主要内容包括: 一.总结评述了国内外汽车碰撞吸能装置的发展过程,分析了传统碰撞吸能装置的应用位置及其材料变迁史等。另外,针对碰撞特性、吸能特性和轻量化方面,讨论了传统碰撞吸能装置产品的不足,并提出了新材料——碳纤维复合材料的应用设计。 二.研究学习了复合材料力学及其结构设计的相关理论基础,并综述了复合材料有限元方法的技术应用及其碰撞相关理论,为之后复合材料碰撞吸能装置的设计、优化和验证提供理论基础和方法路线。 三.对复合材料层合板结构的碰撞性能进行了研究。首先分析了复合材料层合板结构的有限元方法,然后利用有限元技术,分别通过低速和高速下的碰撞仿真试验,对比了普通结构钢、高强度钢、铝合金和复合材料四种材料的碰撞性能,验证比吸能、碰撞力峰值及塑性变形位移等性能,证明了复合材料应用于碰撞吸能装置的优异性。另外,还分析了不同截面形状对复合材料结构性能的影响,为后续的复合材料设计提供参考。 四.对某款钢结构的碰撞吸能装置进行碰撞仿真。得到了传统钢结构碰撞吸能装置在碰撞时的初始碰撞力峰值、压溃位移、总吸能和比吸能等性能参数,为复合材料的替代设计提供计算数据。 五.复合材料碰撞吸能装置的设计及其优化。依据复合材料结构设计一般原则及之上的仿真试验结论,结合实际产品,初步设计出复合材料的碰撞吸能装置,然后利用碰撞仿真试验核算其性能参数,对其进行了优化工作。最终优化结果表明,在保证其刚度及碰撞性能的需求下,复合材料碰撞吸能装置为原钢结构质量的36.98％,吸能增加15.05%,比吸能约是传统钢结构部件的3倍。 六.复合材料碰撞吸能装置在整车碰撞仿真中的验证分析。依据我国C-NCAP碰撞安全性能测试标准,对装配有本文设计优化后的碰撞吸能装置的整车进行了碰撞仿真,得到了该车发动机相对位移、B柱纵向加速度和保险杠变形及吸能的特征参数。结果表明,对比原钢结构,复合材料碰撞吸能装置在整车碰撞时,可以使得发动机向后的相对位移减少1.77%,B柱纵向加速度减缓60.14%,保险杠系统吸能增加12.03%,有效提高了汽车的被动安全性能。 |
| 作者： | 董银飞 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 焦学健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
