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《重庆大学》 2002年
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汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究

胡玉梅  
【摘要】: 汽车作为现代的交通工具,在给人们的生活带来方便的同时,也带来了很多危险,在汽车交通事故中每年的死亡人数,常常超过世界的局部战争,交通事故不仅造成巨额的直接经济损失,而且导致残疾人口上升和家庭不幸等诸多社会问题,交通事故已成为人类社会的重要公害之一。目前世界各主要汽车生产国都制定了严格的碰撞安全法规,要求汽车生产和开发都必须通过严格的标准。我国政府于1989年9月编集了中国汽车整车碰撞安全法规,并对汽车实行了38项强制性安全法规,已于2000年1月1日实施了“关于正面碰撞乘员保护的设计规则(CMVDR294)”,规定从1999年10月以后新申请上目录的车辆必须满足该法规的要求,对于达不到法规要求的已上目录的在生产车辆,要求2002年7月1日前通过结构改造达到该法规要求,否则必须停止生产。因此,开展汽车安全性研究,改进车辆耐撞性设计,提高客车碰撞安全性,降低交通事故的死亡,是我国汽车行业研究的重要课题,也是汽车制造企业十分紧迫的任务。 本论文结合长安汽车公司要求进一步提高SC6350汽车(长安之星)耐撞性的新产品开发计划,采用动态显式非线性有限元分析技术,并与试验相结合,对汽车碰撞的计算机仿真和设计技术作了较系统深入的研究,并应用于新车型SC6370(长安雪虎)的开发,使其正面碰撞性能较SC6350明显改善。 本文首先以SC6350汽车为例,分析了汽车碰撞仿真模拟的主要影响因素,寻求到妥善处理仿真精度和效率矛盾的方法,实现了用较少的单元(小于22000)和较短的时间(在hpC200小型工作站上为16小时,P4微机上小于8小时)模拟客车整车正面碰撞时间历程(80毫秒)。且整车模拟结果满足工程精度要求。与SC6350汽车的实车碰撞试验结果的对比表明,整车在碰撞终了的变形量和变形模式与试验吻合。作为主要吸能部件的纵梁前段的变形模式与实车碰撞试验结果一致、均为折叠式压塌模式,前段纵梁在变形终了时的塑性变形量为195mm(实测值209mm),整车防火墙处、B立柱和车尾部处的碰撞减速度时间历程与实验结果吻合较好。 本文对前纵梁在轴向与非轴向载荷下的耐撞性能及整车状态下的耐撞性能进行了研究,发现在变形的过程中,前纵梁吸能段的后端部分一旦出现变形凸包,则整车前端防火墙处的碰撞减速度曲线将出现峰值,凸包越明显,减速度的峰值越高;同时还进一步揭示了整车前端的碰撞减速度时间历程曲线与该车前纵梁在碰撞中的变形过程及变形模式之间的关系。另外,本文还研究了前纵梁及其典型诱导结构与汽车正面碰撞耐撞性之间的相关关系,认为要使整车前端防火墙处的 WP=6 碰撞减速度随时间的变化不出现较大的峰值,则必须通过某种结构形式和尺寸的控制,使前纵梁在变形过程中能够较严格地按照由前向后的的顺序产生折叠式变形。 本文着重从诱导槽的位置、尺寸、形状和角孔尺寸、形状等方面来讨论了汽车前纵梁耐撞性设计,总结出了微型客车耐撞性设计一般原则:前纵梁吸能段的长度应足够长,以便有效吸收碰撞过程中的冲击能量(对于微型客车,此长度在400mm左右较好);设计诱导结构时,推荐优先选用诱导槽;诱导槽位置应设计在距纵梁前端30~50mm范围内纵梁刚度最大的地方,诱导槽的高度尽量与纵梁的高度一致,诱导槽的宽度一般为纵梁宽度的15%~20%;纵梁的刚度最好保持从前向后逐渐递增,必要时,可在纵梁吸能段的后半部分设计加强筋,以提高其刚度。 最后,本文在SC6350汽车的基础上,重点进行了前纵梁的耐撞性结构优化改进,形成新车型SC6370汽车,并对其进行了整车碰撞计算机仿真模拟,结果表明SC6370汽车应力应变水平、前纵梁及门框所吸收的内能比例、前纵梁变形量、车身减速度等参数均较SC6350汽车有明显改善。在样车试制后经国家轿车质量监督检验中心进行实车碰撞检验,结果表明SC6370汽车碰撞试验中人体各方面指标有明显改善:假人头部合成减速度降低了13g、胸部骨压缩量减小了7mm、大腿轴向力减小了730N。说明本文提出的微型客车耐撞性设计一般原则是有效的,具有在汽车开发中推广应用的价值。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:U461

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【引证文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王万利;碰撞测试考问中国车企[N];北京商报;2007年
2 本报记者 桂俊松;轻客是短头好还是平头好?[N];中国汽车报;2002年
3 ;“分数”背后的故事[N];财经时报;2006年
4 交轩;正面碰撞死亡事故比增100%[N];厦门日报;2009年
5 王树红;“北斗星”通过正面碰撞[N];中国物资报;2000年
6 记者 高照;我国将实施汽车侧面碰撞标准[N];中国石油报;2006年
7 雷飞黄堃 陈会松;华菱完成汽车正面碰撞安全试验[N];中国工业报;2008年
8 特约记者 张东帆;霸龙507通过最高标准碰撞实验[N];现代物流报;2008年
9 本报记者  吴琼;侧碰标准明实施 微面或全军覆没[N];上海证券报;2006年
10 谢莉葳 张鹏 实习生 宋 鹏文;六款车碰撞结果说说看[N];中国消费者报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡玉梅;汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究[D];重庆大学;2002年
2 刘维海;轿车正面碰撞被动安全性研究[D];吉林大学;2012年
3 唐洪斌;乘用车正面抗撞性设计方法研究[D];吉林大学;2008年
4 陶代琴;基于车速表指针痕迹的车辆碰撞速度鉴定方法及其机理研究[D];第三军医大学;2011年
5 荆友录;货车与乘用车正面碰撞相容性的研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 王宇;逆成形有限元法若干关键问题与整车碰撞精细仿真研究[D];吉林大学;2008年
7 马志雄;轿车台车试验方法及侧面约束系统数学仿真技术研究[D];武汉理工大学;2008年
8 武和全;汽车车架碰撞安全性分析及其优化设计[D];南昌大学;2009年
9 张勇;基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D];湖南大学;2009年
10 盘朝奉;车辆事故紧急呼救技术及伤害程度评价的研究[D];江苏大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 莫立权;车架正面碰撞性能CAE分析与改进[D];华北电力大学(河北);2010年
2 田宁;某SUV正面碰撞变形有限元分析[D];燕山大学;2011年
3 万长东;轿车车身正面碰撞的计算机仿真[D];西华大学;2006年
4 杜春江;某轿车改型前后发动机舱的正面碰撞性能模拟研究[D];南京理工大学;2004年
5 余翔;汽车正面碰撞假人的研制及其数字信号分析[D];四川大学;2002年
6 王宇;微型客车车体结构与乘员约束系统整体模型的研究[D];吉林大学;2005年
7 苏保国;轿车车身结构碰撞数值模拟计算研究[D];大连理工大学;2001年
8 王欣;含人体模型的车辆正面碰撞计算机模拟分析[D];重庆大学;2003年
9 蔡君;汽车正面碰撞乘员约束系统模型建立及乘员保护分析[D];武汉理工大学;2011年
10 刘乐丹;某乘用车正面碰撞波形优化及其方法研究[D];吉林大学;2011年
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