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基于行人头部保护的轿车前端结构仿真研究

胡杰  
【摘要】:当今汽车工业的飞速发展让我国的汽车保有量逐年上升的同时,也在一定程度上导致了交通事故率的增长,引起了人们对交通安全问题的日益关注。在汽车碰撞事故中,作为弱势一方的行人尤其容易受到伤害,其中头部损伤又是造成行人死亡的主要原因。而轿车是事故车辆中最常见的车型,其前端结构又是造成行人头部损伤的最直接因素。因此,针对轿车前端结构的行人头部保护性能进行研究及优化具有重要意义。本文首先深入地分析了目前国内外汽车行人保护技术的研究现状及研究方法,研究了目前人车碰撞事故的主要特征,并对头部损伤生物力学的相关理论进行了归纳和分析,为后续的研究提供了重要的理论支撑,作好了铺垫。随后根据某款量产轿车的车型,利用Hypermesh软件建立了轿车的前端有限元模型,根据EEVC等行人保护法规以及ACEA所规定的部件试验的要求建立了行人头部冲击器有限元模型。在此基础上完成了对行人—轿车前端碰撞有限元模型的创建及有效性验证。经过验证,建立的头部碰撞模型符合法规要求,能够较为真实地还原碰撞过程,因此可以用来作为进行行人头部保护研究的虚拟平台。完成模型的创建之后,应用有限元仿真分析的方法研究行人—轿车碰撞事故中的头部安全性问题。首先根据Euro NCAP v8.2试验规程,利用PreSys软件划分了轿车前端模型的行人头部碰撞试验区域,并在划分的试验区域中选取全方位反映行人头部保护性能的10个试验点,利用LS-DYNA软件进行单点位置的碰撞分析。根据各试验点的仿真结果,并综合考虑车身结构布置,研究了原车的行人头部保护性能,并提出了针对局部碰撞安全性能的改进思路。然后通过进一步分析,确定了将发动机外罩板厚度、发动机内罩板厚度、发动机罩铰链厚度及铰链加强板厚度这四个主要影响行人头部损伤的结构参数作为后续优化的重点对象。根据正交试验设计法设计试验方案,通过正交试验得出各结构参数对行人头部损伤的显著性大小,并在此基础之上进行综合分析,最终确定了各结构参数的最佳优化方案。最后对提出的优化方案进行验证,验证结果表明优化后的轿车前端结构能够较为明显地减轻对行人头部造成的损伤,轿车的行人头部保护性能得到提高,说明基于行人头部保护的轿车前端结构优化方案是合理有效的。


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