车辆碰撞及吸能材料结构研究进展综述

车辆被动安全保护是降低车辆碰撞事故损失的有效方法,在车辆结构中设置吸能材料和结构是车辆被动安全保护的重要方面。针对国内外兴起的车辆碰撞吸能材料和吸能结构研究状况进行了综合评述,为进一步深入研究吸能材料及结构提供参考。     

轨道车辆切削式吸能装置吸能特性研究

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针对利用金属薄壁结构轴向切削过程吸收能量的吸能装置,采用多元线性回归分析的方法,建立了吸能装置切削吸能过程的界面力稳定值、能量预测模型。采用方差分析的方法对该模型的回归方程和系数进行了显著性检验。研究了刀具前角、切屑圆心角、切削深度和切削速度对切削式吸能过程的影响程度。研究结果表明,预测模型的回归方程是显著的,刀具前角和切屑圆心角对界面力稳定值的影响显著,切削深度和切削速度对界面力稳定值的影响不显著;刀具前角、切屑圆心角和切削深度对吸能的影响显著,切削速度对吸能的影响不显著。     

轻型货车正面碰撞吸能结构的设计与分析

轻型货车发生正面碰撞时,保险杠与车架是主要的变形吸能结构。为防止正面碰撞时保险杠失效导致车架过度变形,基于某轻型货车车架前端缓冲空间进行吸能结构设计,通过VPG和LS-DYNA软件的联合动态仿真,对比不同截面形状吸能结构的效率,得出高效的车架前端吸能结构。当某轻型货车发生正面碰撞时,吸能结构大量吸收冲击能量,缓解了传递给车架与车身的巨大加速度,起到了保护乘员和车辆本身的作用。     

圆孔拉刀式吸能器吸能特性的研究

根据轨道车辆吸能器的吸能要求和金属切削过程吸收能量的原理,提出一种用于轨道车辆的新型切屑式吸能装置-圆孔拉刀式吸能器。在此基础上对圆孔拉刀式吸能器进行初步的结构设计。并利用ANSYS/LS-DYNA对该切削式吸能装置不同的结构和材料以及切削厚度进行了仿真分析,得到了该装置在撞击过程中切削力的时程曲线。并对圆孔拉刀吸能器的吸能效率进行评估,指出了圆孔拉刀式吸能器的可行性,为进一步探索圆孔拉刀式吸能装置的吸能特性提供指导作用。     

货车后部吸能装置的设计及全宽碰撞仿真

根据载货汽车后部不具有阻挡和缓冲吸能等缺点,现设计一种车载式可拆装货车后下部防钻撞保护装置。该装置具有机械剪切型的吸能方式,主要用于高速公路上货车被迫停驶时,防止后部车辆(尤其是轿车)发生追尾钻撞事故。利用PRO/E和ANSYS/LS-DYNA软件对其进行了实体建模和仿真。仿真结果表明:该吸能装置可以分解一次性碰撞的巨大能量,逐渐减小碰撞力并吸收其能量,避免轿车追尾钻入货车下部。并在此基础上,针对全宽碰撞仿真计算结果及薄壁构件吸能特性,提出了一些改进措施。     

汽车吸能防伤转向机构的设计分析

结合国内外吸能转向系统的研究,设计了一套吸能防伤转向机构,主要解决汽车在正面碰撞时转向柱如何更好吸收二次冲击能量的问题.利用有限元方法对设计机构进行碰撞仿真,通过对比验证,此机构具有较好的吸能作用,能更好地保护乘员在二次碰撞时的安全。     

轨道车辆分级压溃式结构吸能装置设计研究

轨道车辆的被动安全技术作为保障列车安全运行的最终屏障越来越受到人们的重视。该文针对车辆吸能装置结构复杂、生产成本高等问题,提出一种两级压溃式结构吸能单元梁设计方案。该方案通过有限元分析与碰撞试验相结合的方式开展不同吸能单元梁壁厚对吸能性能的影响研究,并基于仿真计算结果对吸能部件进行动态冲击试验。结果表明,该吸能装置平均吸能量十分接近,能有效实现充分吸能过程中的可控有序的塑性变形,且结构屈服后平均力值未超过车体静态纵向承载值。该方案在满足车辆设计要求的同时降低结构复杂程度,在产品降本增效方面具有明显的应用优势。     

仿生吸能结构的设计及耐撞性研究

通过观察东方龙虱鞘翅结构特征,设计了一种仿甲虫鞘翅轻质吸能结构。为了降低吸能结构在碰撞过程中的峰值载荷,对吸能结构提出三种改进方案。利用显式有限元技术,以结构的总吸能、峰值载荷和屈曲变形形式为评价指标,对三种改进的吸能结构进行了对比分析,最终得出填加凹槽改进吸能结构缓冲吸能性最好。     

自由外翻式组合吸能装置的设计及优化

为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.342 8  J/g,冲程效率高达76%,接近理论值。针对三节直翻卷圆管冲程效率高、载荷十分平稳但比吸能欠缺的特点,在其内部填充波纹管和多胞管以提高总吸能及比吸能。结果表明：填充后形成的组合吸能装置延续了冲程效率高、载荷平稳的特性,相比单一直翻卷管,总吸能提高了105.75%,比吸能提高了26.28%。利用径向基函数代理模型及遗传算法对组合吸能装置的比吸能进行寻优,优化结果显示,最大比吸能在多胞管、波纹管壁厚分别取上限值、下限值时达到,且相比单一直翻卷管,其值提高了30.86%。     

提升机过放被动式吸能系统设计与仿真

针对提升机过放箕斗的强冲击问题,对提升机过放吸能系统进行了研究。提出并设计了一种提升机过放被动式液压吸能系统,对吸能缸关键参数进行了计算,利用AMESIM软件对提升机过放被动式吸能系统仿真模型进行了搭建,初始参数下仿真得到了箕斗速度位移和吸能缸缓冲腔压力流量特性曲线,分析研究了不同吸能缸活塞直径、溢流阀通径和弹簧压缩量对箕斗位移及吸能缸缓冲腔压力的影响规律。研究结果表明:在箕斗不撞缸的前提下,较小的吸能缸活塞直径、较大的溢流阀通径和较小的溢流阀压缩量有利于降低吸能缸缓冲腔压力峰值,并增大被动式吸能系统有效吸能量。     

蒙皮蜂窝式整体吸能装置压缩性能研究

为了保证低成本、短周期,采用仿真与试验相结合的方法对某蒙皮蜂窝式整体式吸能装置展开设计;针对吸能装置设计指标,基于单个蒙皮蜂窝式整体吸能装置压缩、两个相同蒙皮蜂窝式整体吸能装置对压等工况,通过有限元仿真分析方法进行结构尺寸、蜂窝强度等参数迭代优化,确定设计参数,并试制全尺寸样件开展同工况静压试验,试验结果显示:仿真结果与试验结果一致,说明建模方法可靠,可用于防爬器前期设计;蒙皮蜂窝式整体吸能装置主要性能参数满足相应技术指标要求。     

面向众泰2008汽车的螺纹剪切式吸能装置的设计制造

为了探讨螺纹剪切式吸能装置的实车匹配性,进而验证其在实车碰撞过程中的吸能可行性,针对众泰2008这款车型的结构特点,修正已有螺纹剪切式吸能装置结构参数,设计制造出与之匹配的螺纹剪切式吸能装置,并实现其在实车上的安装与应用.这样既验证了螺纹剪切式吸能装置的实车匹配性,也为进一步的实车碰撞试验奠定基础.     

汽车座椅构件吸能设计研究

在汽车碰撞过程中,座椅作为被动安全中的重要组成部分,其吸能能力的大小,是衡量座椅安全性高低的主要因素。通过分析汽车座椅骨架的吸能特性,提出了提高构件吸能能力的概念设计方法,借助有限元分析软件对某型座椅骨架构件进行分析与验证。结果表明:在满足座椅骨架刚度的前提下,最大扭矩下降5%,座椅骨架的吸能效果提高7.74%。     

某款全铝车身前端碰撞吸能结构分析及优化设计

在某款全铝车身的前端吸能结构碰撞试验中,出现吸能盒压缩不充分、前纵梁后端折弯、纵梁整体上翘、纵梁根部焊缝撕裂等纵梁失稳情况。通过对原有车身数据进行结构优化、CAE仿真分析,并进行碰撞试验对标后,设计出一种新型前端碰撞吸能结构,可以最大限度防止纵梁失稳、保证焊接均匀,以实现导向性轴向压缩的渐进式压溃型吸能方式,从而极大提高吸能效率、增加前端吸能结构吸收碰撞能量值、保证乘员安全性。     

基于FEM的铝制吸能盒结构优化设计

相比铁制吸能盒,铝制吸能盒在保证各项指标的同时减轻了重量。基于有限元的思想,借助计算机进行CAE分析,成功设计出一款吸能性能较好的铝制吸能盒。运用CAE平台技术,相比传统的人工计算更加快捷,模拟效果更直观。CAE技术不仅提高了设计的准确性,还降低了试验的成本。设计过程中以吸能盒模型的横截面形状为变量,用UG软件建立吸能盒的初始模型。通过对9种不同横截面形状的单腔吸能盒进行虚拟试验,数据结果表明以六边形搭配圆形的横截面的吸能效果最佳。     

民用飞机客舱地板下部吸能结构坠撞特性评估

先对民用飞机客舱地板下部结构进行了坠撞响应分析,获得了该结构的原始坠撞特性;通过对结构变形模式及各个部件对撞击能量耗散情况的分析,提出了提高结构吸能特性的具体措施。数值仿真结果表明:该措施可有效控制结构的变形模式及降低初始接触刚度,提高了结构的吸能特性。制造了一个典型机身下部吸能结构试验件,并进行了垂直坠撞试验。试验结果与仿真分析结果存在较大偏差。通过对试验结果的分析,发现了仿真模型中一些被忽略的细节以及试验件制造过程中的工艺细节等是引起偏差的主要原因。通过对模型的修正,分析结果与试验结果吻合较好。     

基于柔性腿型的轿车前部吸能结构研究

针对轿车前端吸能结构与柔性腿碰撞伤害值的问题,对轿车前端吸能部件结构与材料进行了研究。通过运用计算机辅助工程技术,建立了某轿车以及泡沫吸能结构和薄壁钢吸能结构有限元模型;轿车前端分别采用了两种吸能结构,并改变了吸能结构的压溃空间,与柔性腿仿真模型进行了碰撞实验;通过实验数据分析、对比了两种吸能结构与柔性腿相撞的特点。实验结果表明,汽车前端吸能结构使用泡沫材料,适当减小泡沫厚度,有利于降低柔性腿韧带伸长量;吸能结构使用薄壁钢结构则需要足够的吸能空间,有利于调整碰撞腿型运动姿态,降低柔性腿胫骨弯矩及韧带伸长量;薄壁钢结构刚度均匀且具有金属的压溃特性,在与行人腿部相撞时,可以起到更好的保护作用。     

货运轨道车辆车体强度有限元分析及结构设计

在分析货运轨道车辆车体结构的基础上,采用有限元分析软件建立了该车体板单元结构模型,在5种载荷工况下对车体强度进行校核,结果证明该车体静强度满足相关标准的要求;然后对枕梁上补强板的厚度进行研究,发现车体最大应力会随着补强板厚度的增加而降低到一定范围内;最终通过优化枕梁上补强板的厚度和侧墙车门结构,使得整车车体质量减少约4%,最大应力值减少约27%,并将车体最大应力点位置控制在侧墙车门下端弧形补强板上。     

功能梯度材料吸能盒碰撞仿真及优化

通过在铝合金成分中添加316L不锈钢制作功能梯度材料吸能盒,同时对其横截面形状进行优化形成五边形截面结构,并基于试验设计和响应面模型对五边形横截面的具体结构进行多目标优化设计.仿真结果表明:五边形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,单位位移吸能效果提升,能够有效削弱碰撞对车身的损伤...     

基于吸能特性的矩形管截面优化

为了优化矩形管的截面尺寸,改善矩形管的吸能特性,应用LS-DYNA软件对不同截面尺寸的矩形管的耐冲击性能进行数值分析,结果表明,随着长宽比逐渐变大,矩形管的耐冲击性逐渐变差,在变形过程中出现应力波动,当长宽比为1∶1时的矩形管吸收的能量最大,且容易产生叠缩变形,对冲击栽荷的时称性要求相对降低,其适合作为耐冲击结构的基本结构.