文档介绍：学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书
湖南大学
学位论文原创性声明
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作者签名: 日期: 年月日
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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
I
汽车侧碰安全性设计关键技术研究
摘要
近年来汽车工业飞速发展,中国已经成为汽车产销第一大国,但随着汽车保
有量的增多,行车速度的提高,交通事故及其所造成的人员伤亡与财产损失也一
直居高不下。尤其是事故发生率最高的侧碰,由于汽车乘员舱侧面车身强度相对
于其他区域较弱,侧围缺少有效的吸收碰撞能量的装置,侧碰通常对乘员造成较
大的伤害,侧碰安全性设计有一定难度。
汽车碰撞有限元仿真技术正越来越广泛地应用到汽车开发过程中,碰撞仿真
主要存在两个常见矛盾:一个是仿真精度与计算效率之间的矛盾,一个是汽车安
全质量与设计成本之间的矛盾。汽车开发过程中为适当提高碰撞分析仿真精度,
需要增加有限元模型的单元数量,而这将导致计算效率下降;同时汽车安全的设
计质量与碰撞速度、碰撞位置、材料参数、钣金板厚、制造因素、分析模型以及
产品的实际应用环境等因素相关,设计质量的提高必然带来生产成本的上升。如
何辩证看待这两个矛盾,并在一定程度上进行协调,成为汽车安全性设计研究的
重点与难点。
针对汽车侧碰安全性设计过程中仿真精度与计算效率的矛盾,本文开发了适
用于不同设计阶段的具有不同仿真精度及计算效率的侧碰模型;针对汽车侧碰安
全性设计过程中设计质量与生产成本之间的矛盾,本文应用质量工程方法对这一
问题进行深刻剖析。本文的主要内容与创新点包括:
(1) 参照蜂窝铝的真实窝孔结构,建立了基于壳单元的侧碰移动可变形壁障
(MDB)模型:进行窝孔及单元尺寸等比例扩大,合理匹配扩大之后的单元厚度,
解决了 1:1 尺寸建模导致模型规模过大的问题以及确保扩大之后力学性能的一致
性;针对动态试验压缩强度大于静态试验的现象,采用简易气囊模拟 MDB 窝孔
中空气受压缩的率效应;设置铝箔的材料失效以及铝箔、前面板之间粘胶的材料
失效来模拟侧碰试验中的蜂窝铝失效现象。在整车建模中,对车身侧围碰撞吸能
与抗撞传力的关键零部件连接采用实体单元焊点进行模拟,改善了一维梁单元焊
点不能有效模拟扭矩的问题;对侧碰关键零件进行冲压成型分析,并将冲压结果
—零件厚度变化与有效塑性应变映射至碰撞模型中来模拟冲压效应;应用
Cowper-Symonds 模型表达材料的应变率效应,模拟侧碰过程中的零件高速承载、
材料强化现象。零部件级别与整车级别的试验数据验证了壳单元 MDB 模型与整
车模型的高精度。
(2) 对某轿车侧碰安全性分析进行了拉丁超立方试验设计,提取分析结果的
关键车身结构响应与主要假人响应,以车身结构响应作为输入参数,以假人响应
II
博士学位论文
作为输出参数,分别构建二者之间的多元线性回归模型与逐步线性回归模型,以
及逐步回归模型的等效关系式。多元线性回归模型全面显示了假人响应与各车身
结构响应之间的关系,而逐步回归模型则显示了假人响应与影响显著的车身结构
响应之间的关系,等效关系式则定量描述了车身结构响应对假人响应的贡献量。
在已知侧碰车身结构响应的前提下,回归方程可用来预测假人损伤值,为后文的
不带假人的侧碰简化模型提供了分析标准。
(3) 在汽车概念设计阶段,提出了一种基于碰撞真实力学特性的混合单元有
限元简化模型(简称 HD)建立方法。该模型应用 Hughes-Liu 梁单元(简称 HL
梁单元)简化模拟侧碰中主要承受弯曲载荷的车身薄壁梁结构;应用非线性弹簧
单元简化模拟侧碰中主要承受轴向载荷的车身薄壁梁结构;应用塑性铰链弹簧单
元简化模拟侧围关键接头;应用非线性弹簧单元简化模拟地板等承受切向冲击载
荷的大面