汽车车身结构碰撞性能的计算机模拟、评价与改进

汽车车身结构的碰撞性能直接关系到汽车的被动安全性指标。本文从轿车在改型设计中提出的具体要求出发,建立了国内第一个用于碰撞分析的整车车身结构的有限元模型,同时按照车身碰撞性能的评价目标,利用计算机模拟技术对车身局部结构进行了优化和改进。模拟结果与实车碰撞实验结果的对比表明,计算方法和模拟过程正确,提出的建模方案和局部改进方案可以提高汽车产品的被动安全性设计水平。     

汽车车身结构碰撞性能的计算机模拟,评价与改进

汽车车身结构的碰撞性能直接关系到汽车的被动安全性指标。本文从轿车改型设计中提出的具体要求出发，建立了国内第一个用于碰撞分析的整车车身结构的有限元模型，同时按照车身碰撞性能的评价目标，得用计算机模拟技术对车身局部结构进行了优化和改进。     

轿车侧面碰撞安全性分析

针对某中低档轿车侧面碰撞安全性差的情况,建立了该轿车侧面碰撞仿真模型,对其侧面车身结构进行改进,合理地利用车体结构和材料特性来改善汽车碰撞时的变形模式和吸能机理。改进前、后的侧面碰撞仿真结果表明,优化后车门和B柱的侵入量以及B柱侵入速度明显减小,车辆的侧面碰撞安全性得到显著提高。     

基于座椅拉拽安全性能的车身结构改进设计

为了使汽车在前期概念设计阶段的乘员安全保护性能得到很好的控制和优化,通过引入座椅拉拽安全法规对车身座椅固定点强度性能进行了分析。以某乘用车白车身结构为研究对象,基于座椅拉拽工况对车身强度进行评估及优化设计,并最终进行实车台架验证。优化后的车身结构未发生焊点及钣金开裂,表明基于座椅拉拽安全性能的车身结构强度分析具有很好的可靠性和适用性。     

基于提高轿车后面抗撞性能的后纵梁结构优化

以某轿车为研究对象,参照国家标准GB20072—2006《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》,建立整车后面碰撞仿真分析模型。用PAM-CRASH显式分析软件计算整车140ms的后面碰撞响应过程,并通过仿真与试验结果的对比分析,验证了所建整车后碰模型的有效性。结合试验与仿真结果发现,该车型存在后纵梁变形吸能不充分和车体加速度较高等不足,通过对后纵梁进行结构优化和改进,改进后的仿真分析结果较为理想,满足后碰被动安全性要求,提高了车身结构后面抗撞性能。     

基于DOE的汽车碰撞优化分析

建立了整车的有限元模型,对整车模型进行正面碰撞仿真分析,根据国标评价标准对车身加速度等参数进行了分析;在此基础上,提出了用实验设计的方法对汽车安全性进行直观分析、方差分析和显著性分析,得到最优的试验方案。优化结果表明,相比初始设计方案,优化后的方案明显降低了车身加速度,增强了汽车的耐撞性,为汽车正面碰撞安全设计与改进提供了依据。     

大客车侧翻耐撞性的结构设计方法

为了提高仿真结果的准确性,降低产品研发成本和缩短设计周期,提出动态仿真技术与试验相结合的大客车侧翻耐撞性结构设计方法.以某型大客车为例,建立原始车型的侧翻碰撞有限元模型,按照欧盟ECE R66法规对该车进行动态仿真分析;对原有车型进行侧翻试验,根据试验结果对侧翻碰撞仿真模型进行对标.仿真与试验结果表明：在侧翻碰撞过程中,车体变形过大,侵入了乘客生存空间,车身局部结构出现凹陷现象.对车身侧墙和车顶等部位作了多次结构改进,通过仿真分析来确定改进结构的侧翻耐撞性能,改进车顺利通过了ECE R66侧翻试验认证.     

基于响应面法的汽车侧碰安全性优化

为解决某轿车不满足侧面碰撞(侧碰)法规要求的问题,采用有限元模拟与实车碰撞相结合的方法研究其侧碰安全性能.首先在试验验证的基础上建立其侧碰仿真模型,并进行传力路径和假人胸部压缩量灵敏度的综合分析,筛选对侧碰安全性影响程度较大的零部件;其次采用拉丁超立方实验设计方法建立响应面近似模型,以关键部件的材料和厚度作为设计变量、以B柱入侵量等为约束条件、以假人胸部压缩量峰值和设计变量总质量为目标函数进行多目标优化;最后对优化方案进行了侧碰仿真分析,确定了不增加车重条件下轿车最优的材料及厚度匹配方案,并对该优化方案进行实车的侧碰试验以验证其合理性.研究结果表明:通过碰撞仿真分析及多目标优化方法,对车身关键零部件的材料及厚度进行优化匹配,达到控制车身重量并提高碰撞安全性的目的.     

基于 Euro - NCAP 评价规程的行人头部碰撞安全性能评估与优化

为提高行人头部碰撞安全性能,本文以欧洲新车评价规程为基础,利用计算机辅助工程与试验方法对某车型行人头部碰撞安全性能进行评估。对影响行人头部碰撞性能的关键因素进行详细分析,优化了发动机舱、翼子板、前围上部等结构。最终评估结果表明,采用优化后的前端结构满足Euro-NCAP行人保护头部碰撞开发要求,有利于行人保护性能提高,为车辆前端结构设计提供参考。     

概念车身的T型接头模型拓扑优化设计

通过静态刚度对比,验证了概念车身模型的正确性及可行性。考虑到接头刚度对车身刚度的重要影响,将接头模型加入到概念模型中,建立了T型接头与梁结构的混合模型(TJB模型)。通过权衡扭转工况下各接头部位对开口刚度的实际贡献,选择了车顶部位的关键接头作为修改区域。应用变密度法进行了拓扑优化,并根据优化结果及车身结构特点布置了加强板,取得了良好的修改效果。在车身的概念设计阶段采用拓扑优化方法,不仅可以加快设计进程,而且能够得到性能更优、结构更合理的产品。     

汽车碰撞仿真研究进展

针对碰撞仿真技术已广泛用于汽车碰撞安全性能预测和优化设计中的情况,对国内外碰撞仿真理论、技术及经验的研究成果进行了综述.介绍了多时间尺度计算法、非对称性有限单元法、ASI-GAUSS法、BWH和RTCL准则及碰撞下焊接属性的设置.总结了碰撞仿真技术的经验及碰撞仿真建模过程中关键问题的处理方式.简述了依据碰撞法规开展整车碰撞仿真分析及其改进的研究成果.阐述了零部件碰撞仿真分析和优化设计的研究成果.指出可应用仿真工具进行碰撞概念性设计,开发多域接触技术,构建瞬态本构关系材料库,开发对碰撞过程进行优化设计的有限元优化模块等.     

热成型钢板在汽车前横梁上的应用

通过对原有车型前横梁结构进行分析和研究,得出基于目前车型结构,存在两种更改方案。针对双层板和单层板两种设计更改方案,分别采用了两种材料对前横梁进行相应的结构设计,然后再对其进行整车碰撞性能测试、CAE分析。结果表明,采用热成型钢板BTR165设计的前横梁单板结构,相对普通板材B340/590设计的前横梁双层板结构,不仅可以提高整车的碰撞安全性能,而且可以降低汽车的自重,因而具有重要的现实应用意义。     

汽车车架设计的安全性分析

车架的结构及车体刚度对汽车的安全性有着不容忽视的影响。通过对轿车及微型车的大量实车碰撞试验结果的分析，从事故中的被动安全——安全气囊的匹配及主动安全——碰撞过程中车体自身的吸能程度两方面对汽车车架的设计提出了新的思路。     

汽车前碰撞中安全带约束效率

通过引入安全带的当量刚度、当量冗余度及当量滑移系数,建立了安全带力学模型。在此基础上,以Ｐａｒｔ５７２Ｄ型标准假人为例,研究了不同安全带形式、刚度、冗余度对人体保护作用的影响。     

基于自适应响应面法的车身结构轻量化设计

依据现代设计理论和方法,对在承受顶部加压工况下的乘用车的车身结构进行轻量化设计。在车身结构轻量化设计过程中,采用正交实验设计进行样本取样,根据所得样本数据,利用移动最小二乘法构建回归模型,同时为了避免传统响应面法完全依赖于最开始选定的实验点的问题,而选取自适应响应面法为优化手段。利用HyperStudy软件进行优化求解,得到优化后的部件厚度分别为2.0、1.2、1.7、0.5 mm。通过验证,在保证车身顶部安全性能不损失的前提下,使得部件总质量降低了2.23%。     

微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性分析

提出了应用车辆结构正面抗撞性的参数化模型进行微型客车概念设计的方法。分析了底部吸能结构的主要刚度参数的变化对乘员舱变形、车体减速度和底部吸能特性的影响,阐述了在概念设计阶段运用参数化模型控制底部吸能结构吸能特性及与乘员舱刚度参数的匹配,从而保证整车的正面抗撞性能。给出了微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性设计指标、设计过程与方法,实现了通过参数化模型来快速确定正面碰撞时车身各部分的吸能指标,从而为详细结构设计提供重要依据。     

汽车被动安全性研究的三维乘员多体系统模型

采用多刚体系统动力学中的Ｒ－Ｗ方法建立了用于模拟汽车碰撞过程中乘员运动学、动力学响应的三维人体模型，以美国联邦机动车辆安全标准定义的Ｐａｒｔ５７２Ｄ型假人为例，对其前碰中的运动进行了模拟，并通过试验验证了该模型的正确性。     

客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

传统车辆设计与优化依赖专家经验,导致开发周期长、人力物力消耗大,难以紧跟市场需求,而有限元技术的发展为车辆结构设计与优化提供丰富的手段. 本研究以某客车底盘车架为对象,以操稳及结构安全性为导向,对车架进行轻量化设计. 首先,对客车底盘进行了有限元模型建立与简化. 在此基础上,进一步定义了载荷加载方式和计算工况. 其次,结合工程实际,对当前底盘车架进行改进后,明确目标函数、约束条件与变量,提出了优化方案对底盘进行轻量化设计. 通过模态分析、应力分析与变形分析,对弯曲、制动及转弯工况下的优化方案进行了验证. 结果表明,所提出的优化方案在满足车辆动态性能基础上,有效实现了轻量化优化,提升了操稳及结构安全.