平头轻型货车的碰撞安全性设计
57页 21000字数+说明书+2张CAD图纸【详情如下】
副车架组件装配图.dwg
图.doc
平头轻型货车的碰撞安全性设计论文.doc
平头轻型货车碰撞安全性分析与优化研究.dwg
摘 要
平头轻型载货汽车大多是由国外引进的老车型，这些车型设计时并没有过多考虑其碰撞安全性，因此在碰撞安全性方面存在先天不足，缓冲吸能区间小，碰撞安全性能差。由于货车碰撞试验在我国还属于开始阶段，关于货车的碰撞安全法规也没有出台，进行大规模的货车碰撞试验的条件还不成熟。针对这一情况，本文在参考大量国内外资料与实验的基础上，对货车正面碰撞进行虚拟试验研究，并且针对原始设计存在的碰撞安全性缺陷，设计了压溃杆式缓冲吸能装置，并对平头驾驶室局部结构做了相应改造，虚拟碰撞结果表明改进后的驾驶室碰撞安全性有了显著提高；在此基础之上，对不同的缓冲吸能设计进行了对比研究和优选。
关键词：平头轻型货车，碰撞安全性，正面碰撞，缓冲吸能 Most types of the flat-face light truck are old models introduced from abroad.The crashworthiness is not considered enough,the buffering and energy absorbing section is strait and the crashworthiness is bad,thus the crashworthiness of them are in congenital deficiency.For the test of truck crashing is at the inipient stage in our nation and the law related to it is not published yet,the qualification for taking massive ctashing test is not mature.Aiming at this situation,this thesis has taken dummy test research of the truck,s front impact on the precondition of consulting many information and experiment from home and abroad，then the dummy crashing test and security evaluation of it has been done by method of nonlinear dynamics.Aimed at the former design,s crashing safety defects,the energy-absorption device with the collapse-tube has been design and the corresponding substructure of the cab has been improved.The cab,s crashing security has been increased notably shown from the dummy crashing test result.At last,the difference energy absorption device has been comparative studied and optimized.
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第1章 绪论1
1.1课题的背景与意义2
1.1.1 背景2
1.1.2 意义2
1.2 国内外汽车碰撞安全法规概述2
1.2.1 国外汽车碰撞安全法规3
1.2.2 国内汽车碰撞安全法规5
1.3 国内外汽车碰撞分析研究概述6
1.3.1 国外研究发展概况6
1.3.2 国内研究发展概况7
1.4 汽车虚拟试验场技术8
1.4.1 VPG 简介8
1.4.2 LS-DYNA 简介8
1.5 本文的研究内容和工作计划8
第2章 瞬态非线性动力学分析方法10
2.1 有限元法的发展及应用10
2.2 有限元法的基本原理10
2.3 非线性有限元基本理论11
2.3.1 几何非线性11
2.3.2 材料非线性11
2.3.3 接触非线性13
2.4 LS-DYNA 非线性动力学基础13
2.5 本章小结14
第3章 平头轻型货车的碰撞安全性分析15
3.1 CAD 建模15
3.1.1 CAD 建模应注意的问题15
3.1.2 CAD 建模15
3.2 CAD 数据的改善及导入16
3.3 有限元模型的建立16
3.4 结果分析17
3.4.1 车身变形分析17
3.4.2 速度变化分析20
3.4.3 加速度变化分析22
3.4.4 能量变化分析24
3.5 本章小结25
第4章 平头轻型货车碰撞缓冲结构设计26
4.1 碰撞缓冲区结构设计的基本思想及约束条件26
4.2 结构的改进方案设计26
4.3 碰撞缓冲区整体结构的构建28
4.3.1 压溃杆数模的建立28
4.3.2 压溃杆横梁数模的建立29
4.4 本章小结30
第5章 改进车型的碰撞安全性分析31
5.1 改进后汽车碰撞仿真结果31
5.1.1 车身变形分析31
5.1.2 速度变化分析33
5.1.3 加速度变化分析33
5.1.4 能量变化对比35
5.2 压溃杆的优化35
5.3 本章小结40
第6章 总结与展望41
6.1 总结41
6.1.1本文的创新点41
6.2 展望41
致 谢43
参考文献44
附录145
附录248
国内的大多数平头轻型货车几乎都是从国外直接引进的老车型，设计时没有过多考虑碰撞安全性，缓冲区间小或没有，其耐撞性能相对长头、短头轻型货车而言就差得多。在每年的交通事故中，平头轻型货车事故率高、事故伤害大，其事故带来的伤亡和财产损失占了交通事故很大的比重。虽然我国加入WTO 后，为了增强和外国汽车厂家的竞争，国内各汽车厂家和汽车研究所开始加大对汽车碰撞安全性的研究，但不同类型的车辆受到的重视程度也不同。各大汽车制造商和研究机构关于汽车碰撞安全性的研究主要集中在轿车方面 , 对型客车的碰撞安全性研究稍有涉及，但对货车的碰撞安全性研究非常少。不可忽视的是，平头轻型货车在我国以其自身的优点，受到广大用户的青睐，成为轻型货车中的主力军，在轻型货车的市场中占有不小的份额。
平头轻型货车碰撞安全性能不足、技术投入少但是用户广泛，已经引起了社会各方面的关注，国家应出台相应的法规对汽车的生产进行干预，厂家应该加大对轻型货车碰撞安全性的研发力度与投资比例。
1.1.2 意义
通过对某汽车厂生产的欧铃平头轻型货车进行正面碰撞仿真分析，探讨轻型载货汽车在碰撞安全性方面存在的一些问题，并寻找解决问题的方法，改善轻型货车碰撞安全性。通过对本文的研究，能够在货车碰撞安全性方面得出一些有指导性的建议，在提高商品竞争力的同时有效保护驾驶员及乘员的人身安全，能够做到“车毁人不亡”[1]。在发生事故时提高对驾驶者及乘员的保护，从而有效抑止残疾人口数目上升和减少家庭不幸等诸多社会问题，减少国家不必要的巨额财产损失。
1.2 国内外汽车碰撞安全法规概述
随着二战后汽车工业的持续发展，汽车保有量的不断增加，车速的不断提高，道路交通事故发生率不断上升，造成的经济损失与人员伤亡越来越严重[4]。因此，汽车的安全性成了汽车厂商、消费者、政府部门等社会各方面高度关注的问题。公众强烈要求政府部门采取相应措施对汽车安全问题进行强制干预[1]，各国的碰撞安全法规随之出台。
1.2.1 国外汽车碰撞安全法规
目前，世界各汽车工业发达国家都制定了相应的安全标准和技术法规，但归纳起来，所有汽车安全技术法规可分为三大体系，即美国、欧洲和日本技术法规体系[1]。
美国联邦机动车安全法规是由美国联邦运输部国家交通安全局依据1966 年9 月9 日制定的国家交通及汽车安全法组织制定的，其目的是减少汽车交通事故及减轻汽车碰撞事故中的伤害程度。到1996 年12 月31 日止，该法规制定和实施的标准项目共有54 项，其中包括防止事故发生的标准29 项，减轻碰撞事故发生时对乘员的损伤标准21 项，以及发生事故后的防护标准4 项，其中各项指标均有严格要求。FMVSS 系列法规颁布后，虽然汽车保有量在继续增加，但汽车交通事故死亡人数或死亡率反而呈下降趋势，具体实例见美国马里兰州实施安全法规前后的统计，如图1-2。美国联邦机动车安全法规可以说是世界上最完善的法规体系之一，它从各个方面规定了对车辆乘员、路上行人的保护及车辆应该具有避免事故的性能。该法规目前主要针对的碰撞类型是正面碰撞，但发展的重点是侧面碰撞保护、行人碰撞保护以及货车和多用途客车的安全性及车辆稳定性等。FMVSS 系列法规主要是针对轿车而制定的，但为了保证所有汽车乘员最低限度的安全性，NHTSA 提出各种客车都必须源用轿车法规这一方针，并逐步将轿车法规的适用范围扩大到轻型载货汽车、多用途客车等车型上[1]。
本文主要参照FMVSS208 进行碰撞分析，它适用于轿车，多用途乘客车，载货汽车和客车。其对于正面碰撞的要求是当车辆以48.3km/h 速度沿纵向向前行驶，撞击一个垂直于车辆行驶方向的固定壁障，或者撞击一个与车辆行驶方向垂直的线成30°角的固定壁障时，放在每一个指定的前排外侧座位上的试验假人的响应应满足下列要求：
Hybrid.Ⅲ假人的伤害标准：
a) 在试验过程中试验假人的所有部分自始至终应包含在车厢内。
b) 按下式求出的头部重心的合成加速度值应不超过1000。2.1 有限元法的发展及应用
有限元法是一种根据变分原理来求解数学物理问题的数值计算方法。众所周知，由于一些物理问题的微分方程求解困难，以致长期以来在弹性力学，结构力学，以及其他连续体力学方面的问题只能解决一些严格理想化的情况，而有限元法对于分析复杂结构或者多自由度系统来说却是一种有效的方法。
1965 年，为了分析飞机结构问题，首次提出了有限单元法。在其后10 年中，该方法在解决不同类型的应用科学和工程问题方面显示了巨大的潜力。近年来，由于计算机技术的飞速发展，为有限元法的应用和发展提供了充分的物质基础。目前，有限元法的应用已经从弹性力学平面问题扩展到了空间问题、板壳问题；从静力平衡问题发展到塑性、粘性、粘塑性和复合材料等；从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学、声学、振动学等连续介质领域。
实际上，有限元法发展到今天，已发展得较为完善，它已经被认为是工程分析中最强有力和最通用的计算方法。其应用范围很广，并且由于实践性强而具有强大的生命力。利用有限元进行结构分析，实质上也是一种“电子计算机的数值实验”，它不仅使过去无法进行运算的课题得到数值解，并且逐渐代替某些成本高、时间长的常规试验。
2.2 有限元法的基本原理
有限元法是运用离散的概念，假想把连续体分割成有限个有限大小的多边形或多面体，这些多边形或多面体，就称为有限元。多边形或多面体的顶点称为节点。各单元之间沿周边本来是整体相连的，现在认为它们彼此只在节点处相连，取节点处的位移作为基本未知量。这样，就把原来是无限多个自由度的体系简化成有限多个自由度的体系了，这个过程就称为连续体的有限元离散化。
一个连续体通过有限元离散后就变成一个离散体，它是和真实结构近似的一个力学模型，而整个的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。在每一个单元内运用变分法，即利用与原问题中微分方程相等价的变分原理来进行推
川公网安备: 51019002004831号