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汽车侧面碰撞吸能及乘员保护的研究

张伟  
【摘要】: 在汽车被动安全技术研究领域,事故的分析和再现是极其重要的部分。在以往侧面碰撞交通事故处理过程中,事故处理部门只能依据一些经验公式来推算侧面碰撞中的能量损失。但是,由经验公式得到的能量损失很难通过实车碰撞试验得到直接验证,所以利用经验公式来计算车辆碰撞中能量损失的方法不能使人完全信服。随着计算机技术和计算力学在车辆安全领域的应用和发展,越来越多的采用数值计算的方法来处理碰撞问题。碰撞问题从根本上讲是一个接触问题,在众多方法中,有限元法使用的比较广泛和成功。采用有限元方法可以计算具有复杂几何外形、任意材料特性以及以任意方式变形的接触系统,碰撞问题的解决方法最终归结为求解代数方程系统而不是寻求一个近似的结果。 本论文以汽车侧面碰撞为主要研究对象,采用ETA/VPG与LS-DYNA作为前后处理软件和求解器进行汽车侧面碰撞的数值模拟。探讨了整车侧面碰撞有限元建模规则,建立了适用于数值模拟计算的汽车侧面碰撞有限元模型,期间针对数值建模所遇到的困难加以探讨,如网格划分、材料的选择、接触问题的处理等。由于汽车侧面碰撞的主要吸能构件为壳单元,为了更好地了解壳体在碰撞中的吸能特性,建立了连续曲面有限元壳体模型,并以此模型为研究对象,进行模拟撞击,分析壳体吸能随壳体厚度、碰撞速度的变化规律。之后,论文按照ECE R95法规进行汽车有限元模型的侧面碰撞模拟,对模拟计算结果显示的汽车侧面碰撞的变形、能量吸收状况以及驾驶室内假人的速度、加速度等的动态反应进行探讨与分析,由此总结出汽车侧面碰撞时汽车吸能状况对假人承受撞击后的损伤的影响,以上分析结果可为处理侧面碰撞交通事故提供依据,同时可用于将来汽车安全设计的参考。


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