汽车前防撞梁的耐撞性与轻量化优化设计

为改善汽车的耐撞性、提升汽车的轻量化程度,从结构改进的角度对汽车前防撞梁进行优化设计。建立汽车前防撞梁正面100%碰撞模型,以前防撞梁横梁和吸能盒厚度为设计变量,以碰撞力峰值作为约束条件,构建以前防撞梁总成吸能量最大化、质量最小化的多目标优化模型。采用哈默斯利法进行试验设计,通过拟合得到近似模型。近似模型与仿真值误差不高于5%。采用全局响应面法对多目标问题进行优化,得到Pareto最优解集。结果表明,优化后前防撞梁吸能量提高了15.8%,质量降低了6%,碰撞力峰值降低了20.3%,比吸能提高了23.1%。优化设计显著改善了汽车的耐撞性并提升了汽车的轻量化程度。     

基于正面碰撞前防撞梁的DOE轻量化设计

通过Hyper Mesh建立了汽车前防撞梁及吸能盒正面碰撞模型,以防撞梁及吸能盒的截面形状、截面尺寸、材料、厚度与吸能盒诱导槽位置作为设计变量,以加速度峰值、最大吸能和最大压溃量作为约束,以质量最小作为目标,通过Isight进行DOE实验设计和优化。结果表明,优化后前防撞梁与吸能盒总质量降低了39.2%,轻量化效果显著,碰撞性能明显提升。铝合金比强度、比刚度高,耐腐蚀性好,密度是钢的1/3,是汽车轻量化的重要材料,优化结果表明,调整壁厚和截面形状的铝合金防撞梁总成结构的吸能性能最好,比原钢质件提高约6.6%,同时减重49.38%。     

基于低速正碰的吸能盒式防撞梁吸能特性研究

基于防撞梁系统的研究与发展现状,对某商用车型的防撞梁系统进行了概念设计,建立了有效的正面100%刚性壁障低速碰撞仿真模型。通过正交试验法,系统地研究了横梁截面、吸能盒截面、吸能盒内板厚度和吸能盒外板厚度对防撞梁系统吸能特性的影响,并利用极差法和综合平衡法选出了最大峰值碰撞力小、吸能盒压缩量小的吸能特性最优组合。最后探讨了溃缩槽间距对吸能盒式防撞梁吸能特性的影响。分析结果指出,最终组合方案满足碰撞力要求,并且吸能盒式防撞梁具有较好的吸能能力。     

汽车吸能盒的结构优化设计

汽车吸能盒的优化设计是汽车领域内的重要研究内容之一,由于传统优化设计方法存在诸多缺陷,难以完成对吸能盒结构的多目标优化设计。以某车型防撞梁和吸能盒为模型,通过ANSYS完成了该模型的碰撞数值仿真计算。基于计算结果构建了以吸能盒结构参数为变量,以碰撞中能量吸收量、最大加速、防撞梁侵入量和吸能盒质量为目标量的代理模型。应用非支配排序遗传算法,对吸能盒的结构参数进行了多目标优化计算,为吸能盒结构的优化设计提供了合理的理论依据。     

纤维增强复合材料汽车前防撞梁的设计与分析

为减轻车身重量,以某新能源车型前防撞梁为研究对象,分别采用单向碳纤维增强树脂基复合(Continuous Fiber Reinforced Polymeric, CFRP)材料和机织碳-玻混杂纤维增强树脂基复合(Carbon-Glass Fiber Reinforced Polymeric, C-GFRP)材料代替原铝合金(6082-T6)材料。基于三点静压工况,确定“凹”字形结构为新设计复合材料前防撞梁的截面形状。基于熵权TOPSIS法对C-GFRP复合材料前防撞梁进行多目标优化,结合正面低速碰撞仿真对比,确定了2种复合材料前防撞梁的最优铺层厚度和铺层角度,通过碰撞比吸能、最大侵入量和碰撞支反力峰值等性能参数对比,分析了2种复合材料前防撞梁各自的优势。     

TB级可导向防撞垫吸能盒拓扑优化设计

为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。     

蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示：通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。     

泡沫铝填充结构车门防撞梁优化设计

为最大限度地提高汽车的安全性和环保性,首先对前期设计的泡沫铝填充结构车门防撞梁的吸能量、比吸能率进行理论分析并建立了相应的数学模型;然后应用MATLAB软件对其进行结构优化设计得出最优结构;最后将优化前后的泡沫铝填充结构车门防撞梁的各项指标进行对比分析。结果表明,优化后的泡沫铝填充结构车门防撞梁在提高汽车安全性及环保性方面有明显提高。     

基于耐撞性的汽车多腔结构吸能盒轻量化设计

为了在保证耐撞性的前提下实现汽车吸能盒的轻量化,通过有限元碰撞仿真对比确定了符合要求的吸能盒结构,并采用基于近似模型的优化方法获得了性能最优的多腔结构吸能盒设计方案.首先建立了多种截面形状吸能盒的有限元模型,使用有限元软件进行了碰撞仿真分析.通过对单腔结构吸能盒与不同截面的多腔结构吸能盒的碰撞性能进行评价与决策,确定了符合要求的吸能盒截面形状.其次对此截面吸能盒的内外壁厚进行试验设计,拟合了碰撞性能参数的响应面模型,建立了以吸能盒内外壁厚作为设计变量,以比吸能最大作为目标函数的数学优化模型,并进行了优化设计.结果表明,采用该方法得到的最优方案能够在保证碰撞安全性的基础上实现多腔结构吸能盒的轻量化设计.     

基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构。根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计。并对优化设计前后总成的性能进行对比分析,选择正面100%重叠工况和40%偏置碰撞工况进行对比分析,获取加速度、承载力等变化曲线。结果可知:优化设计后横梁材料DP980D+Z,厚度1.3mm;吸能盒的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢DP780D+Z,厚度为1.6mm;轻量化后总成的加速度、侵入量、最大承载力均无明显变化,变化趋势基本一致;最大侵入量满足设计要求,最大承载力与实际值偏差为2.3%,满足要求;表明总成轻量化设计方案的可行性,为实际应用提供参考依据。     

泡沫填充蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

吸能盒是交通事故中尤其是低速碰撞最先进行溃缩吸能的结构,传统吸能盒一般为薄壁方形管结构,随着设计理念的发展,提升吸能能力最主要的两条路线为泡沫填充和复合夹层结构填充。本文分别将EPP泡沫填充六边形,类四边形和类蜂窝夹层,形成复合型泡沫填充蜂窝夹层吸能盒,采用理论分析与数值仿真的方式,以相应的碰撞评价参数对其进行吸能特性研究。结果表明：泡沫填充蜂窝夹层结构吸能盒大大提升了传统吸能盒的吸能能力,并且采用泡沫填充后,蜂窝夹层结构吸能盒的吸能特性也得到了进一步增强。     

高韧性聚合物汽车防撞梁吸能盒的应用研究

轻量化已成为目前汽车的发展趋势之一,聚合物材料具有密度小、耐蚀性好、可设计性强等优点,在汽车未来轻量化领域具有广阔的应用前景。探讨了高韧性PC/PBT改性聚合物材料在汽车防撞梁吸能盒的应用。开展了PC/PBT材料的制备及相关力学性能测试,基于试验获取了CAE仿真分析相关参数。按照等重量方案分别设计了PC/PBT与铝合金吸能盒,综合分析了PC/PBT吸能盒相对于铝合金吸能盒的碰撞接触反力和吸能值。结果表明,质量基本等同的情况下,PC/PBT吸能盒通过适当的结构优化表现出比铝合金更出色的吸能特性。PC/PBT吸能盒的最大接触反力仅为铝合金的1/2左右,而吸能值高出铝合金59.5%。     

泡沫铝填充结构汽车车门防撞梁侧碰安全性仿真研究

采用Hyperworks和LS/DYNA有限元软件,研究了泡沫铝填充结构对汽车车门防撞梁的侧碰安全性。根据现有空管防撞梁结构设计了填充结构车门防撞梁,分别对泡沫铝填充结构的车门防撞梁和空管防撞梁的侧碰行为进行数值模拟,分析两种防撞梁的变形云图和侵入速度-时间曲线。研究结果表明,与空管防撞梁对比,泡沫铝填充结构防撞梁变形量小,具有更好的碰撞吸能性,在提高汽车安全性方面有良好的应用前景。     

基于碰撞相容性原理设计的智能防撞梁

为了在不同碰撞条件下,都能最大限度的减少碰撞事故中的伤亡人数,分析现有吸能式防撞梁的基础上,提出一种基于碰撞相容性原理设计的智能防撞梁。所述智能防撞梁包括探测器系统,楔形减能栓组系统,电气控制系统,磁流变阻尼器系统,在发生碰撞时,探测器系统将采集到相关信号传输到电气控制系统运算,电气控制系统控制磁流变阻尼器其他的励磁电压,改变阻尼,同时切割楔形减能栓组从而达到多层次智能吸能的目的。     

功能梯度材料吸能盒结构设计及优化

传统的吸能盒结构,碰撞过程无法实现稳定有序折叠溃缩,同时存在单位质量吸能效果差的缺点,限制了汽车安全性能的提高。引入一种功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)结构吸能盒,即在传统316L不锈钢基体上添加铝合金成分形成梯度材料结构,同时仿照竹节虫胫骨截面结构对其横截面形状进行优化,并基于优化拉丁超立方体试验设计和响应面模型对竹节虫胫骨横截面的具体结构进行多目标优化。仿真结果表明,优化后的仿生功能梯度材料吸能盒能够实现稳定的从头部至尾部的折叠溃缩。和传统吸能盒相比,仿生结构功能梯度吸能盒单位质量吸能效果提升,能够有效削弱碰撞对车身的损伤。     

碰撞安全性能驱动的车身前端结构优化设计

为了提高概念设计阶段车身结构设计对后续详细设计阶段的指导意义,通过车身零部件的隐式参数化建模方法实现CAE驱动的概念设计。以车身正碰主要吸能结构的前防撞梁、吸能盒以及前纵梁为例,建立了包含对车身结构碰撞性能具有较大影响的细部结构的参数化模型,并对模型的网格质量进行控制,可以实现参数化CAD与CAE模型间的快速响应。概念设计阶段该参数化模型可以通过形状、尺寸、材料的协同优化,提高后续工程设计的可靠性和效率,缩短开发周期。     

汽车保险杠碰撞的有限元仿真与优化

本文以有限元法的系统动力学理论为基础,基于LS-DYNA有限元分析软件,对汽车保险杠与刚性墙的正面碰撞进行了模拟仿真计算,并对计算结果进行分析.以计算结果为依据,对保险杠的结构进行改进,优化其吸能能力.本次研究为保险杠的防撞设计开发提供了理论依据,对深入研究整车正面碰撞的模拟仿真具有重要的参考价值.     

汽车车门防撞梁结构改进与安全性分析

为降低汽车在发生侧面碰撞时对驾乘人员的危害,减小对驾乘人员空间的侵入,提出一种汽车车门防撞梁的改进结构,可更好地吸收汽车发生侧面碰撞时产生的能量,从而为车辆提供足够的缓冲空间。改进后的防撞梁结构采用一字形布置且截面呈"W"状,相对已有的防撞梁结构更为简单,对安装空间的要求不高,在提供良好的侧面保护的同时兼顾轻量化设计的要求。最后,采用HyperMesh对改进后的防撞梁进行有限元分析,以确保其满足安全性要求。     

基于正交试验的椭球状管件内高压胀形参数优化

椭球状吸能盒作为汽车防撞系统中重要的吸能结构,在碰撞瞬间通过塑性变形吸收大部分能量,该类管件具有分散外在均布载荷的优良力学性能,故提高此类管件的生产效率显得尤为重要。为此提出了使用内高压胀形工艺制造椭球状吸能盒的方法,此工艺实现了吸能盒轻量化,同时消除了焊缝对吸能盒力学性能的影响,从而使吸能效果较传统吸能盒大幅提升。针对椭球状管件内高压胀形参数的优化,采用有限元仿真结合正交试验的方法,分别研究了波状诱导结构直径、胀形压力以及两侧冲头轴向进给对胀形效果的影响,所得的优化参数：波状诱导结构直径为8 mm,胀形压力为25 MPa,两侧冲头轴向进给为8 mm。采用最优参数进行胀形试验,验证了基于有限元仿真结合正交试验方法获取工艺参数的正确性,并为椭球状吸能盒的制造提供了参考。     

桥墩柔性防撞装置设计及数值分析

针对国内外对于车—桥碰撞的研究较少,而且大多属于对桥墩防撞的研究,对车和乘员保护的研究更少的问题,在我国自主研发的船—桥碰撞柔性吸能防撞装置的基础上,对公路高架桥墩柔性防撞装置进行了设计研究。采用有限元仿真的方法(基于Pro-E建模、Hyper-Mesh前处理、LS-DYNA仿真计算)模拟了小车以速度为80 km/h,碰撞角度为90°正面高速碰撞城市高架桥墩以及模拟了小车以速度为60 km/h,碰撞角度为20°碰撞带有防撞装置的城市高架桥墩。提出了从车辆行驶轨迹、车辆B柱加速度、系统能量以及碰撞表面的撞击力4个方面来系统研究防撞装置在碰撞中的吸能、缓冲及导向作用,并设计了一种新型桥墩柔性防撞装置。仿真结果表明:设置防撞装置后,高速正面碰撞时撞击力由1 700 k N减小到1 000 k N,满足《公路桥涵设计通用规范》的要求,验证了该装置对桥墩和乘员的保护能力。低速偏置碰撞时防撞装置能引导车辆以一定车速回到原车道,验证了该装置对车的保护作用。