汽车碰撞安全.doc

汽车碰撞安全性设计交通事故是由人和车参与的，在道路上发生的造成人身伤亡、财物损失的意外情况。特性：具有突发性、涉及面广、具有极强的社会性、具有频发性有限元法在汽车被动安全研究领域中，模拟计算采用的方法主要是多刚体动力学法和动态大变形非线性有限元法。动态大变形非线性有限元法与传统有限元法的区别在于考虑到了结构的几何非线性和材料非线性，且不局限于小变形系统，因此十分适合处理碰撞接触问题。电测量系统一般包括传感器、测量电路、放大器、指示器、记录仪和数据处理仪器等几部分碰撞试验对所使用的各种传感器的量程范围和耐冲击特性有较高要求。碰撞试验对假人的要求：1) 尺寸、质量分布、关节活动、胸部等各部分在受载荷时的变形特性应与人体很相似； 2) 应能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行测定； 3) 个体间的差异小，反复再现性好，并且具有良好的耐久性； 为什么要对假人进行标定？要求假人各方面应与所规定的性能指标一致。 假人在最初的投入使用以及使用过一段时间以后，为了验证其各部位是否还具有逼真的仿生学特性，是否符合法规试验的要求，是否能继续应用于试验，必须对假人进行标定。 车身抗撞性设计要求1正面碰撞 1) 确保乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入 2) 减小车身减速度 3) 碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门 2侧面碰撞 抗侧面碰撞设计应当以减小乘员舱侵入、维持乘员生存空间为重点 1) 减小侧围结构对乘员舱的侵入量，防止侵入量过大时对乘员的挤压伤害 2) 减小侧围结构对乘员舱的侵入速度，特别是与乘员接触时车门速度，减轻对乘员的撞击力 3) 碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门3后面碰撞 1) 减小乘员舱变形。通常用后排座位R点的前移量来衡量 2) 减小碰撞中车身的减速度，减轻乘员的鞭梢性伤害 3) 在碰撞中维持油箱的存放空间，减小对油箱、油路挤压4滚翻 1) 减小乘员舱的变形量，特别是车顶的变形 2) 要求碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门 5低速碰撞 主要避免汽车重要部件的损坏，减少因撞车带来的维修费用 要求设置低速碰撞吸能区，使低速碰撞车辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸收，并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主要结构发生永久变形 6行人保护 撞行人时，汽车对行人的伤害一般包括 1 一次碰撞时由保险杠、前散热器罩和发动机罩前端等产生的下肢伤害 2 行人与发动机罩、挡风玻璃等二次碰撞时的头部伤害 3 受撞击后的行人与路面三次碰撞产生的伤害 1) 车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软一些，以缓冲对人体的撞击 2) 在行人保护措施中，应防止车外凸出物对行人的伤害 车身抗撞性分析方法的发展 1) 上世纪60年代末以前，汽车对障碍物的碰撞试验是评价汽车抗撞性唯一可用的方法 缺点是研发周期长、成本高，并且无法在汽车重量和抗撞性方面使设计达到最优化 2) 上世纪60年代以后，大量应用汽车碰撞模拟技术通过数值模拟技术在车身结构设计中的应用，设计人员实现了对最终设计的更有效控制，减小了设计风险 常用的显式非线性有限元软件 1) DYNA3D（LS-DYNA3D和OASYS-DYNA3D） 2) MSC/DYTRAN 3) ESI/PAM-CRASH 4) 软件的核心都以美国Lawrence Livermore国家试验室在上个世纪70年代开发的DYNA公开版的理论为基础 碰撞模拟在车身结构设计中的应用分为三个阶段 1) 概念开发阶段 2) 结构设计阶段 3) 结构确认阶段 车身模型的建立 1) 几何模型的简化 2) 零件有限元模型的建立 3) 各零件有限元网格的装配 4) 各零件材料特性和厚度的给定 5) 点焊联接的模拟 其它部分模型的建立 1) 刚硬结构的模拟 1 刚体用来模拟结构中不变形的部分 2 模拟发动机、变速器和离合器等 2) 杆形结构的模拟 1 杆形结构，根据它们在碰撞中的表现，采用不同的模拟方式 2 发生严重塑性变形：用实体单元模拟 3 没有发生塑性变形或塑性变形很微小：用梁单元模拟 4 不变形：用一个或多个梁单元模拟 3) 机构的模拟 运动副模拟，采用梁单元，通过松弛节点自由度的方式模拟 4) 轮胎弹性的模拟 对于车轮布置靠前的车辆，轮胎通过其弹性变形参与吸能过程，并影响前端结构的变形5) 惯性的调整 1 改变材料的密度 2 增加集中质量 3 改变刚体的惯性属性 进行整车或部件的碰撞模拟的目的：是评价其抗撞性 通常对碰撞模拟计算结果进行的分析包括有 1) 能量分析 2) 力分析 3) 变形分析 4) 刚度分析 5) 应力分析 6) 减速度分析 7) 速度分析 8) 碰撞时序分析等 车身抗撞性设计的主要内容 1车身结构刚度组织 1) 合理组织结构的吸能 2) 合理组织碰撞载荷的传递： 1 减小乘员舱的变形或对乘员舱的侵入 2 为吸能结构提供牢固、稳定的支撑，保证吸能元件吸能能力的实现 3 使承载能力强的元件分担多的载荷，承载能力弱的元件分担少量的载荷 4 使尽可能多的结构元件参与载荷的传递，以提高材料的使用效率 2车身结构刚性设计 目的是减小乘员舱在各种碰撞形式中的变形，保证乘员的生存空间 梁形结构和接头的设计，在满足重量约束条件下，达到刚度组织中对部件刚度的要求使乘员舱的刚度满足要求 3车身结构吸能设计 在正面和后面碰撞中，允许通过车身前部或后部结构的变形缓冲撞击，减小碰撞过程中车身的减速度 如何在车身前部或后部结构允许变形区有限的情况下很好的完成这一任务，就是车身结构吸能设计要完成的工作车身前部结构刚度设计 （1） 吸能的组织 （2） 吸能的管理 （3） 碰撞吸能区 将车身前部结构划分为三个区 1) 低速碰撞和行人保护区 2) 相容吸能区 在此布置主要吸能结构 FF形式，发动机舱中的动力总成支撑在副车架上 动力总成质量大、刚度大，受到撞击后基本不变形。受撞后，会随着支撑的变形向后运动，撞击前围板，造成对乘员舱的侵入，严重时会挤伤乘员。因此，相容吸能区常布置在这些刚硬的结构之前 3) 乘员舱保护区 是吸能结构与乘员舱之间的结构 这部分结构在前围板和前地板处伸到乘员舱之下 图像运动分析技术图像运动分析技术是对物体的运动用图像处理的方法进行解析，实现定性分析和定量的动态摄影测量。 图像运动分析系统由图像采集系统和图像处理系统两部分组成。碰撞过程如何做分析？序列图像分析由图像采集过程中得到的一系列图像称为序列图像。 三个方面的工作要做 1.数字化序列图像在计算机中的连续重播 2.任意目标的标识与跟踪 3.自动分析已标识目标的各种运动状态参数，方便而直观显示这些运动状态参数。计算机辅助工程（CAE）主要优点：1) 在产品的设计阶段就可以模拟分析:发现并解决问题,从而缩短开发周期,降低研制费用;2) 由于每辆汽车和每个零部件都不完全相同,因此,一些关键性的差别如零件铸造时的缺陷都会影响到试验的结果，而在计算机上建模就不存在这样的问题。 3) 汽车结构十分复杂，即使采用三维高速摄像手段，也很难得到汽车内部关键部件的应力变形情况，而数值模拟则可以很方便地得到任意零部件的盈利变形情况，从而为汽车结构碰撞安全性的改进设计提供非常重要的分析依据。有限元分析建立有限元模型时，选择单元类型主要考虑结构的几何形状、分析要求、加载条件和计算时间等商用非线性有限元软件中单元类型繁多，基本和常用的单元主要有梁单元、薄壳单元、体单元、弹簧阻尼单元等并行计算并行计算是指在硬件方面依托并行环境，在软件方面采用并行算法所进行的数值计算工作。对于并行计算系统给定的应用问题，在节点数一定的条件下，则由一下三个方面的因素来决定并行处理的速度：1) 应用问题求解的算法2) 处理节点软硬件的速度3) 通信性能（影响因素：底层互联设备、底层通信软件、并行计算环境）说明：以上为根据老师划得重点自己总结的。（不是很完全，自己对照重点来看）下面那页是自己补充的。协议本重点最终解释权归程某某所有如造成挂科惨剧，本人概不负责下载之后，该协议默认生效多刚体动力学运动学是动力学问题的基础，1）表达刚体空间位置和运动的广义坐标。2）刚体的绝对速度。3）刚体上任一点的绝对速度。4）刚体的绝对速度与相对角速度的关系。5）刚体的动量、动量矩及动能。 多刚体系统动力学的基本原理和计算方法 1）多刚体系统动力学基本原理，牛顿第二定律，刚体的牛顿欧拉方程，达朗伯原理，虚位移原理，虚功原理和高斯原理 2）多刚体动力学的计算方法，罗伯森维腾伯格方法，拉格朗日方法，凯恩方法，变分方法 常用软件 MVMA2D，CAL3，MADYMO 乘员伤害的原因 1）生存空间丧失 乘员舱外部结构的侵入或乘员舱的变形，导致乘员生存空间的丧失，使乘员受到挤压或撞击 2）二次碰撞 碰撞中，乘员生存空间未丧失情况下，乘员与汽车内部结构的碰撞或被抛出车外被称为二次碰撞，这也是造成碰撞中乘员伤害的一类主要原因 措施 座椅和安全带对乘员的约束 通过内部吸能装置 3）碰撞后不能快速逃逸与被救援 汽车发生碰撞事故后，若乘员不能及时逃逸或被救援，也会使伤害加重 4）碰撞火灾 碰撞后，如果燃油系统发生泄漏，就可能导致火灾，这也会造成对乘员的伤害 碰撞模拟结果的分析 能量分析 、力分析 、变形分析、刚度特性分析、减速度分析、速度分析、碰撞时序分析 安全气囊电脑1）信号处理电路 2）备用电源电路 3）保护电路和稳压电路 主动安全性：指在交通事故发生之前采取安全性措施，尽可能的避免交通事故的发生。 被动安全性：指在事故发生的时候，利用对车辆结构的设计以及被动安全性装置，尽可能减少驾驶员和车上乘员以及车外行人受到伤害的程度交通安全是指在 1交通活动过程中， 2将人身伤亡或财产损失 3控制在可接受水平的状态。交通安全是一门“5E”科学：法规 工程 教育 环境 能源构成交通事故的基本要素，以下7个要素，缺一不可。 (