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《湖南大学》 2010年
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轿车侧面碰撞中B柱的耐撞性优化设计研究

谭耀武  
【摘要】: 在汽车侧面碰撞中,B柱作为重要的侧面结构,是承受侧面碰撞力的主要部件。其侵入量、侵入速度和变形模式对乘员的损伤有着直接的关系。良好的B柱变形模式,在一定程度上能够有效地降低侧面碰撞中乘员的损伤。 本文旨在使用不同的方法从不同的方面入手对B柱在侧面碰撞中的耐撞性进行优化设计。通过控制B柱在乘员正常坐姿胸部同高度处的侵入量和侵入速度,以达到在侧面碰撞中对乘员胸部保护的侧面结构安全性设计的目标值。 文章首先建立了侧面碰撞有限元模型,并验证了模型的有效性,同时对本车的侧面碰撞结构安全性能进行了简要的评价。然后从以下三个方面对B柱在侧面碰撞中的耐撞性进行了优化设计。 (1)使用拼焊板结构对B柱外板进行改进设计,结合正交试验设计和多目标遗传算法对改进后的B柱拼焊板结构进行多目标优化。获得了理想的B柱变形模式,B柱内板腰线处侵入量和侵入速度分别减小了18%和12%,同时内板最大侵入量也减小了10%,B柱总质量减小18%。 (2)采用综合平衡法对B柱的各组成部件进行刚度和强度的匹配优化。为了提高优化效率建立了侧面碰撞简化模型,使用灵敏度分析评估了各设计变量对目标值的显著度,确定了最终优化变量后使用综合平衡分析进行了最优方案的选择。选择的最优方案使B柱腰线处侵入速度减少了8.5%,侵入量减少了12.3%。 (3)使用HyperMesh、HyperStudy和LS-DYNA软件对B柱内板进行了尺寸和形状优化相结合的结构优化设计。以最小的质量增加使B柱内板腰线处侵入速度减少到9m/s以内,与优化前相比减少了8.5%。 研究结果表明:在B柱上使用拼焊板来合理分配刚度能够改善B柱的变形模式、提高侧碰安全性能、减少部件的数量、减轻B柱的质量。在应用拼焊技术的同时结合优化方法对拼焊结构进行优化设计能够有效地平衡耐撞性和轻量化的要求;B柱刚度和强度的匹配对B柱耐撞性能有较大的影响,同时B柱各组成部件的材料对侵入量和侵入速度的影响显著性较厚度要大;对B柱进行刚度和强度的匹配优化使B柱侵入量和侵入速度有了一定量的减少,但如果在优化时把整个侧围部件考虑在内,材料的使用将会更得当,效果将会更明显;对B柱进行尺寸和形状优化相结合的结构优化设计可以在不改变部件的总体设计的情况下,以局部刚度加强或减弱的方式来控制B柱内板的侵入速度,达到加强对乘员保护的目的。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U467.14

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【引证文献】
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【同被引文献】
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