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原文传递汽车碰撞安全性与平顺性虚拟试验场的研究与开发

论文题名：	汽车碰撞安全性与平顺性虚拟试验场的研究与开发
关键词：	汽车整车;碰撞安全性;平顺性;虚拟试验场;有限元模型;加速度;实车试验;径向刚度;研究与开发;软组织位移;弹塑性;冲击力;研究方法;虚拟样机技术;试验能力;轮胎;仿真分析;侧偏刚度;证明;胸部
摘要：	汽车虚拟试验场技术将虚拟样机技术、汽车试验场和高品质计算机有机结合起来，在虚拟环境中对汽车整车及部件进行各种预定的试验项目，以支持汽车整车系统全寿命过程和以模拟为基础的试验。汽车虚拟试验场不断开发在苛刻的、复杂的人为环境中对汽车各性能的模拟试验能力，这些环境包括了汽车在运行过程中可能碰到的所有情况。汽车虚拟试验场技术包括了传统的以模拟为基础的试验能力，并扩大了这种能力。虚拟试验场技术的应用，不但提高了产品质量，而且由于减少了试验循环的时间和费用，减少了与试验样机、重复试验、材料和人力相关的花费，大大节省了汽车研发计划的费用和时间。在论文工作中，博采众长、坚持创新，在综合分析和总结前人研究经验的基础上，以GL8商务车为研究对象，将理论研究、实车试验和仿真分析结合起来，采用了汽车虚拟试验场技术，应用动力学和有限元方法，建立一个较完整的汽车整车有限元模型，并将该模型用于部件特性、整车碰撞安全性、整车平顺性虚拟试验场的研究与开发。在研究过程中主要进行了如下工作： 1、分析了国内外虚拟试验场技术的研究现状和发展趋势，从中总结出研究重点和方法，指出了虚拟试验场技术对于汽车研究与开发的重要性和必要性。 2、研究、掌握了汽车虚拟试验场技术的建模理论与方法，包括弹塑性动力学问题的控制方程、求解方法以及材料非线性、几何非线性和接触-碰撞问题的有限元处理方法。 3、建立了GL8商务车整车的有限元模型，重点说明了白车身、悬架、轮胎和座椅的建模过程以及部件之间的连接装配方式；通过对轮胎有限元模型进行径向刚度、外倾刚度和侧偏刚度特性虚拟试验，分析得到了轮胎径向刚度、外倾刚度和侧偏刚度与胎压、垂直载荷、速度等因素的关系，与实际基本相符，从而证明应用虚拟试验的方法来分析轮胎相关机械特性的有效性。 4、分析了国内外有关汽车碰撞安全性研究的技术状况，实车试验方法及评价指标；分析了整车碰撞安全性虚拟试验的研究方法，从理论上研究了隐式与显式相结合的方法，并给出了在LS-DYNA中实现的建议；以国家被动安全法规为依据，通过建立整车FMVSS208正面碰撞安全虚拟试验场，分析得到了驾驶员侧B柱加速度、驾驶员头部加速度和HIC值、胸部加速度、大腿轴向力等，并将它们与实车试验数据进行比较，二者具有较好的一致性，从而证明了虚拟试验结果的准确性；探讨了提高仿真精度的方法了；分析了整车正面碰撞过程中车身前、中、后、上、发动机舱盖、左、右七部分吸收能量的情况和它们占整个碰撞能量的百分比；通过建立整车ECER95侧面碰撞虚拟试验场，预测了驾驶员头部加速度、胸部软组织位移、胸部软组织冲击力、肋骨冲击力、髋骨冲击力和腹部软组织位移；从能量的角度出发，以发动机舱盖为例分析了汽车部件设计的合理性，从材料特性与几何尺寸两方面对设计不合理部件提出了改进方案，并通过仿真分析证明了改进方法的可行性。 5、分析了国内外汽车整车平顺性的研究方法、人体对振动的反应以及整车平顺性的评价指标；通过建立整车平顺性虚拟试验场，采用ISO 2631推荐的1/3 倍频带分布加速度均方根值方法和总加权方法对整车刚体模型和弹塑性模型分别进行了平顺性评价；分析了座椅系统对于乘员舒适性的影响。关键词：虚拟试验场，虚拟样机，有限元法，弹塑性动力学，碰撞安全性，平顺性
作者：	方杰
专业：	汽车现代设计理论与方法
导师：	吴光强
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文