基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计

结合静态和动态拓扑优化方法对汽车前纵梁进行耐撞性设计,通过静态拓扑优化方法分别获得前纵梁在轴向刚度最大和侧向刚度最大时的结构形式,通过动态拓扑优化方法获得前纵梁具有最大吸能时的结构形式。对拓扑优化结果进行分析,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置。优化前后前纵梁的吸能特性对比结果表明,拓扑优化使前纵梁的耐撞性能有一定的提高。     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

基于耐撞性可靠性优化的SUV车架改进

建立了SUV的车架和车身的有限元模型,针对40%偏置碰撞车架变形严重,车内乘员生存空间严重受到挤压的问题,提出了对车架各主要部件进行改进设计并在加强区域适当增加加强件,建立优化数学模型对前纵梁进行耐撞性可靠性优化设计。对改进和优化后的整车安全性进行碰撞仿真分析和实车实验验证,乘员生存空间得到明显的改善。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

连续变截面板(TRB板)在汽车前纵梁中的应用及优化分析

汽车前纵梁结构设计不仅要满足整车布置和承载要求,还需满足耐撞性要求。为实现耐撞性和轻量化双重目标,在前纵梁结构中引入连续变截面板(TRB板),充分利用其材料特性,满足前纵梁结构的吸能与变形模式。分别对TRB板材和等厚板材结构件进行台车碰撞试验及有限元仿真分析;建立加速度和质量的多项式响应面模型,以最小加速度峰值为优化目标,对TRB板的薄壁梁尺寸参数进行优化设计。结果表明,相对于等厚板,TRB板材的薄壁梁结构变形量较小、加速度峰值较小,具有更好的耐撞性;优化后的薄壁梁质量减轻5.21%且加速度峰值减少1.63%,且响应面近似模型具有较好的预测精度。     

基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径.传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健.近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用.将稳健性设计方法应用到汽车碰撞安全性设计中,以某轿车的前纵梁为研究对象,运用双响应面方法对其进行稳健性优化设计.采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型,将材料特性作为不确定性因素.稳健性优化后,对前纵梁碰撞性能的稳健性与优化前进行对比分析.分析结果表明,该稳健性设计方法精度较高;经稳健性优化后,前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高,且质量减少了3.32％.     

基于有限元法的矩形薄壁梁轴向耐撞性能优化

矩形薄壁空心直梁是汽车纵梁经常采用的结构形式,并且是承受正面碰撞的主要部件,其结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车研究的重要内容.以矩形薄壁梁为研究对象,基于动态有限元分析模型,利用LS-DYNA软件中的OPT模块技术,研究矩形薄壁梁横截面的边长比变化对其耐撞性能的影响,对薄壁直梁在轴向冲击载荷下的耐撞性能进行了优化仿真.优化结果表明,当矩形两个边长的比值为0.6时,结构的碰撞力峰值最小,吸收的塑性变形能最大,具有最好的耐撞性能.     

汽车前纵梁的拼焊板轻量化设计研究

在已有车型基础上研究了利用拼焊板进行前纵梁改进的轻量化设计方法,达到了在满足强度和刚度条件基础上减轻汽车重量和改善碰撞性能的目的。通过CAE解析了汽车在自重工况下的前纵梁应力分布,确定了前纵梁的分块数目及焊缝布置,推导了由拼焊板替换的车身梁结构的强度、弯曲刚度和扭转刚度的约束方程,并以此计算拼焊板前纵梁的厚度。整车碰撞仿真证明,拼焊板设计后的前纵梁具有更好的耐撞性,并且达到了减重17.7%的效果。     

汽车车身偏置碰撞抗撞性分析与结构改进

针对某乘用车在偏置碰撞形式下的安全性问题,对车身前部关键部件进行改进,实现汽车前舱刚度匹配,使整体结构合理变形。通过对仿真结果的分析并针对原车耐撞性能的不足,在车身纵梁前部设计导引槽式吸能结构,以改进前纵梁吸能变形模式;增加A柱加强件的厚度,以提高车架纵向刚度和乘员舱的强度。仿真结果表明:在整车质量仅增加2.24 kg的情况下,改进方案有效地提高了整车的耐撞性,整车的加速度峰值降低了6 g,乘员舱的变形量有所减小。     

电动汽车正面碰撞结构耐撞性分析及优化

针对某电动汽车前机舱吸能不足,前纵梁后端抗弯性能薄弱等问题,参照法规及C-NCAP要求,运用Hypermesh和LS-DYNA软件建立了全宽正面碰撞有限元模型,并对该电动汽车前机舱进行了耐撞安全性分析.采取了“改变前纵梁内部加强板的位置、并改变相应焊点”的优化措施,对优化前后的机舱吸能、刚性墙撞击力、车身加速度、前纵梁抗弯性能等进行了比较.仿真计算结果表明:在几乎没有增加成本的前提下,该结构在优化后碰撞吸能提高3.5％,刚性墙撞击峰值力降低11.73％,峰值加速度降低3.8％,左纵梁后端抗弯能力提高28.6％,右纵梁后端抗弯能力提高4.7％,实现了良好的优化效果.     

轿车追尾碰撞仿真及结构耐撞性改进研究

以国产某轿车为研究对象,按照GB20072—2006对该车进行追尾碰撞模拟仿真分析和评价。通过对该车尾部后纵梁和后围板进行结构方面的改进研究,有效地提高了汽车尾部耐撞性能和燃油系统的安全性。研究结果为今后开展汽车追尾碰撞仿真及提高尾部耐撞性能提供了可借鉴的方法。     

变截面S形薄壁梁的设计与耐撞性研究

为了提高汽车前纵梁结构(S形薄壁梁)的耐撞性能,引入变截面设计思想对S形薄壁梁进行研究。基于LS-DYNA有限元分析软件,在轴向动态冲击载荷下开展变截面S形梁数值仿真,研究横截面轴向变化率、横截面几何形状和加强筋对变截面S形梁的耐撞性影响。结果表明,变截面S形梁与等截面S形梁相比在结构吸能方面有较大提升,合理设计横截面轴向变化率、横截面几何形状和加强筋可以显著地提升结构的吸能效果,为汽车吸能部件的设计提供重要参考     

基于简化基本折叠单元法的蜂窝耐撞性优化设计

采用简化基本折叠单元法,即基于简化基本折叠单元的超折叠单元理论对三种常用蜂窝结构的轴向平均压缩应力进行理论求解。为验证理论解的准确性,采用基于LS-DYNA的非线性有限单元法对这三种常用蜂窝结构的轴向压缩进行仿真计算,仿真结果与理论结果吻合很好。基于轴向平均压缩应力理论解,进一步采用多目标粒子群算法分别对这三种预压缩常用蜂窝结构的耐撞性进行多目标优化,发现在所研究的三种常用蜂窝结构中,正六边形蜂窝结构的耐撞性最好。采用LS-DYNA对优化设计的蜂窝结构进行轴向压缩仿真,仿真结果与基于所给出理论公式的耐撞性优化结果相差不大,说明基于所给出理论公式的蜂窝结构耐撞性优化是可行且有效的。     

接触强度和诱导槽对泡沫铝锥管耐撞性分析

针对汽车前纵梁耐撞部件吸能盒结构形式,研究了功能密度梯度泡沫铝填充铝合金锥管在低速冲击下的耐撞性模型优化。通过对泡沫铝填充锥管的轴向低速压溃仿真分析,获得仿真变形状态、载荷及比吸能量对位移的曲线,并对比分析仿真和实验数据,证明仿真模型的有效性。以泡沫铝内核与锥管的接触强度为研究对象,研究其对泡沫铝填充锥管吸能性能的影响。最后提出基于强粘结接触模型的含有诱导槽的功能密度梯度泡沫铝填充模型,并研究其耐撞性。研究表明,具有诱导槽的强粘结泡沫铝填充锥管在碰撞中的峰值载荷更低,载荷变化更平稳,比吸能更大,是一种在汽车制造工程应用中可以考虑的新型吸能结构。     

汽车前纵梁薄壁结构碰撞仿真及优化设计研究

针对前纵梁现有结构吸能特性的不足,对其结构进行了改进,使前纵梁在正面碰撞过程中吸收更多能量。根据前纵梁板厚、焊点的间距及焊点大小等设计参数,建立了前纵梁正面碰撞的有限元模型。采用HyperMesh和LS-DYNA软件,对前纵梁碰撞过程进行了模拟仿真。通过加诱导槽及加加强板的方式,对前纵梁结构进行了优化。研究结果表明,优化后的前纵梁单位质量吸收的能量提高了63.3%。通过该方法使前纵梁提高了吸能特性,降低了车辆碰撞对乘客造成的损害。     

基于TRB结构的汽车前纵梁轻量化设计

以某汽车的前纵梁为例,参照我国C-NCAP中车辆正面碰撞测试要求,建立汽车前纵梁碰撞简化模型作为有限元仿真模型,并通过正交试验采样和多项式回归法构建响应面近似模型,将连续变截面板技术应用于前纵梁轻量化设计。结果表明:基于连续变截面板结构的汽车前纵梁相对于等厚板前纵梁具有更好的耐撞性,并且具有明显的减重效果,前纵梁质量减少了3.85kg,减重17.7%。     

用仿真方法评估偏置碰纵梁前段鲁棒性的研究

汽车偏置碰试验中纵梁前段变形的一致性反映了前部结构耐撞性设计的鲁棒性。文章就影响纵梁前段变形因素之一的可变形偏置壁障(ODB)进行研究:经过多个车型的实车验证和仿真模拟对比,发现如果用Solid ODB模型和Shell ODB模型仿真碰撞的结果纵梁前段变形趋势一致,且在试验偏差范围内移动ODB位置的碰撞仿真结果纵梁前段变形一致,那么实车试验时,纵梁前段鲁棒性表现会较好。可作为汽车前期设计的结构耐撞性鲁棒性设计CAE方法。     

基于有限元的汽车前纵梁碰撞分析及优化

通过Catia建模软件创建汽车前纵梁简化模型,运用ANSYS Workbench有限元仿真软件分析前纵梁的吸能特性指标,得出耐撞性能并评价。进一步对前纵梁横截面结构类型进行设计,得出更加合理且可行性更高的前纵梁内部结构,再对前纵梁横截面结构设计方案进行有限元模拟分析,通过数据对比,得出最优化的前纵梁内部形式,以提高其防撞性能。     

基于正面碰撞仿真的轿车关重零件分析及改进

建立了某轿车整车及乘员和约束系统的有限元模型,进行100%正面碰撞的数值仿真,通过仿真与试验的加速度曲线对比,验证了有限元模型的有效性.针对车体耐撞性能的不足,通过正交试验构造零件厚度对车体吸能的线性响应面,得到对能量吸收影响显著的关重零件.对关重零件中的前纵梁和前悬挂推力杆采取局部加强和改变形状的改进措施,使传力路线连续.通过整车数值仿真对比,改进方案使关重零件吸能增加,假人头部伤害值降低,说明其车体耐撞性能得到了改善.     

面向侧面柱撞的微型客车耐撞性研究

基于侧面柱碰撞的理论,对比分析了微型客车与轿车的质心、结构及总布置对能量传递和车体结构耐撞性的影响,指出了微型客车结构的改进方向,并据此进行了微型客车侧面柱碰撞仿真分析和结构优化。研究结果显示,优化后微型客车耐撞性能得到显著提升,证明所提出的微型客车侧面柱撞优化方法是可行的。