汽车防撞梁碰撞问题的数值模拟分析Word下载.docx

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中国矿业大学

本科生毕业论文

姓名：

学号：

学院：

力学与建筑工程学院

专业：

工

论文题目：

汽车防撞梁碰撞问题的数值模拟分析

指导教师：

职称：

讲师

二○一三年六月徐州

中国矿业大学毕业论文任务书

学院力学与建筑工程学院专业年级学生姓名

任务下达日期：

2013年1月7日

毕业论文日期：

2013年2月25日至2013年6月16日

毕业论文题目：

毕业论文专题题目：

毕业论文主要内容和要求：

1.通过图书馆及网络查阅和整理汽车防撞梁分析相关文献资料，了解国能外研究现状及研究方法。

2.根据查阅的文献内容，建立符合实际的汽车防撞梁模型。

3.掌握ANSYS/LS-DYNA软件的使用，并对建立的模型进行合理网格划分、材料设定及加载。

4.考虑不同设计方案下防撞梁的防冲击特性，比较各个参数变化对碰撞的影响，得出相关规律。

5.根据对防撞梁壁厚、截面形状等参数的分析，制定优化方案，按照中国新车评价规程（C-NCAP）的要求，进行分析，得出相关结论。

6.翻译1篇与课题相关的近三年内发表的英文文献，字数3000左右。

院长签字：

指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；

②独立解决实际问题的能力；

③研究内容的理论依据和技术方法；

④取得的主要成果及创新点；

⑤工作态度及工作量；

⑥总体评价及建议成绩；

⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

成绩：

年月日

中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；

②基础理论及基本技能的掌握；

③综合运用所学知识解决实际问题的能力；

③工作量的大小；

⑤写作的规范程度；

评阅教师签字：

年月日

年月日

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

摘要

汽车防撞梁是发生碰撞时起到主要缓冲作用的构件。

主要由防撞横梁和低速吸能盒两个部分构成，影响缓冲效果的因素有：

吸能盒和防撞梁的截面、厚度、截面大小、长度等。

通过调整上述这些参数可以得到缓冲性能最好的防撞梁结构。

本文使用数值模拟的方法，分别对防撞梁和低速吸能盒的参数取不同值进行正面的碰撞模拟，提取最终的加速度变化曲线和能量变化曲线进行对比。

加速度相对小而吸收能量相对多的组合即为最优组合。

由于整个过程中可变的参数很多，不可能将所有的组合都进行分析。

所以首先进行单个参数的变化分析，从单个参数变化中得出规律，然后根据规律组合出相对较优的防撞梁结构并进行验证。

通过上述的分析过程中最终得到研究结果大致为，低速吸能盒主要是通过薄壁梁的轴向溃缩吸能。

防撞梁是通过材料发生失稳弯曲后的塑性变形来吸收能量。

防撞梁和吸能盒的各个参数之间存在着耦合现象。

通过单独参数变化来寻找规律，然后再根据规律进行组合参数的方法，能够较为高效准确的得出整体优化结果。

关键字：

防撞梁；

汽车碰撞；

数值模拟；

优化；

ABSTRACT

Vehiclecrashbeamisacollisionplayamajorroleincushioningmember.Mainlybylow-speedanticollisionbeamsandenergy-absorbingboxesoftwoparts,theimpactcushioningeffectoffactors:

energyabsorptioncrosssectionofboxandbumperbeams,thickness,cross-sectionalsize,lengthandsoon.Byadjustingtheseparameterscangetthebestperformancecushioninganticollisionbeamstructure.Thisarticleusesthenumericalsimulationmethod,respectively,lowenergyabsorbingboxandanticollisionbeamparametersfordifferentvalues​​ofthefrontcrashsimulationtoextractthefinalaccelerationcurveandtheenergycurveforcomparison.Accelerationisrelativelysmallandrelativelylargenumberofcombinationsofabsorbedenergyistheoptimalcombination.

Sincethewholeprocessalotofvariableparameters,itisimpossibletoanalyzeallcombinations.Sofirstofallbeasingleparameterchangeanalysis,derivedfromasingleparameterchangelaws,andlawsofcombinationofarelativelybetterundertheanticollisionbeamandverified.

Throughtheaboveanalysisprocessisroughlythefinalresultsofthisstudy,lowenergyabsorbingboxismainlythroughthethin-walledboxbeamaxialenergyabsorbingcrumple.anticollisionbeaminstabilityoccursthroughthematerialafterbendingdeformationtoabsorbenergy.Energyabsorbinganticollisionbeamsandboxcouplingexistsbetweenthevariousparametersphenomenon.Throughseparateparameterstofindthelaw,thenunderthelawofcombinedparametersapproachcanbemoreefficientandaccurateresultsoveralloptimizationresults.

Keywords:

anticollisionbeam;

VehicleCrash;

numericalsimulation;

optimization;

第一章绪论

汽车作为当今最流行的交通工具之一，在日常生活中也是越来越多的出现。

而且随着汽车产业的快速发展和人民生活水平的提高，汽车的数量和种类也开始大大提升。

我国汽车产量从1992年的年产22万量车，到2008年时已经增长到了年产935万量[1]。

而且由于汽车生产流水线的产生，汽车的行驶速度也大大的提高。

但是由于汽车数量的增多和车速的提高，车祸的发生概率自然就大大的提高，所以必须通过改善车的质量、结构来增强车辆的安全性。

为了能够更快的计算出提高安全性的方法，采用软件模拟的方式来进行计算是具有使用意义的。

研究汽车碰撞的背景和意义

在汽车越来越多的情况下，发生车祸是不可避免的。

虽然车身内存在很多的保护措施，例如安全带，安全气囊等。

但是由于车祸而产生的生命和财产损失仍然是十分巨大的。

每年因为车祸导致的财产损失高达数十亿元[2]。

据统计，仅2002年中国一共发生了773137次交通事故，导致118131人死亡，财产损失巨大。

其他国家交通事故发生的次数同样十分庞大，美国共发生1967000起交通事故，死亡人数42825人，日本发生936721次交通事故，死亡9575人，欧盟国家共发生123294起交通事故，死亡人数38824人[3]，并且以上数字每年都在增长。

如此庞大的数字让人们不得不在购买车辆时对车辆的安全性能进行考核。

车辆的安全性可以通过技术改进来提高，通常的汽车安全技术主要分为两类：

第一类是主动安全技术，第二类是被动安全技术。

主动安全技术是指通过利用控制技术或传感器等提前的预知危险，从而达到躲避危险的目的。

被动安全技术是指通过在车内及车身放置安全带，安全气囊，防撞梁等保护措施，在车辆碰撞后，起缓冲保护作用，从而达到保护车内人员的目的。

汽车发生碰撞后首先是汽车发生碰撞，称为一次碰撞，其次是车内的人和车内部构件发生碰撞，称为二次碰撞[4]。

由于二次碰撞是由一次碰撞引起的，所以控制好一次碰撞对提高汽车安全性有着巨大的意义。

汽车的一次碰撞的控制，是指在发生碰撞的时候通过对采用缓冲装置，吸能装置，阻尼装置或者是各种装置的组合，吸收碰撞时候产生的巨大能量。

通过以上这些操作也可大大的减缓一次碰撞后二次碰撞所产生的巨大损害，同时也是增加了碰撞的时间，为安全气囊等装置争取时间[4][5]，以便能够最大效果的发挥保护作用。

吸收一次碰撞所产生的巨大能量，最常用的吸能构件是采用汽车防撞梁。

汽车的正前防撞梁能够在汽车发生正面碰撞或者斜碰的时候，有效的吸收能量、增大碰撞时间，从简单的根据冲量定理可以得出，在以一定的速度发生碰撞的时候，作用时间越长，那么作用于汽车的反作用力就越小。

同时防撞梁的强度也一定程度上减少了汽车的变形，在给予汽车内部人员一定生存空间的同时，也是保护了汽车内部重要部件，如发动机、变速箱等不被损坏，给汽车的再次维修降低了费用，减少了财产损失。

数值模拟计算的意义

由于车祸的高发性，导致各国对汽车的安全性逐渐形成了法规，如美国的FMVSS208（美国联邦车辆标准安全法规），还有我国的汽车正面碰撞标准GB1155l-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》规定[6]。

这些试验都是需要做汽车实体试验的。

只有符合该试验标准的车辆才能继续生产。

但是直接使用实体碰撞的试验可