关 键 词：

车辆 工程 汽车 碰撞 模拟 摹拟 实验 试验 设计 cad 图纸 计算 程序 优秀 优良 毕业论文 说明书 仿单

资源描述：

【车辆工程类】汽车碰撞模拟实验台设计【2张CAD图纸+计算程序】【优秀】【毕业论文说明书】,车辆,工程,汽车,碰撞,模拟,摹拟,实验,试验,设计,cad,图纸,计算,程序,优秀,优良,毕业论文,说明书,仿单

内容简介：

南京理工大学 紫金学院 毕业设计（论文）任务书 系 ： 机械工程系 专 业 ： 机械工程 及 自动化 学 生 姓 名： 方勇 学 号： 060104243 设计 (论文 )题目 ： 汽车碰撞模拟试验台设计 起 迄 日 期 : 2010 年 2 月 24 日 6 月 5 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学 紫金学院 指 导 教 师 : 肖 猛 专业 负责 人 : 发任务书日期 : 2010 年 2 月 23 日 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业 的负责人 审查、 系领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业 设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及 系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“ 系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号 ； 5 任务书内“主要参 考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2008 年 3 月 15 日”或“ 2008 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计使学生初步了解汽车模拟碰撞试验的目的。实现模拟碰撞的手段与方法。能运用所学知识初步进行装置设计，提高 综合运用机、液一体化知识进行设计、计算的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： （ 1）设计撞击小车重量： M 480 5 小车撞击速度： V 48 s； 导轨长度： L 25m。 （ 2）设计缓冲器使撞击后减速曲线符合 准，给出模拟碰撞曲线。 （ 3）小车运动动力源需保证每次撞击速度一致，且结构紧凑。小车和缓冲器强度需满足要求。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： （ 1）论文综述； （ 2）英文文献翻译； （ 3）撞击试验台总图一张，缓冲器总图一张和相关零件图若干 ； （ 4） 毕业设计（论文） 说明书和 有关 计算程序。 4主要参考文献： 1 上海市教育委员会 M上海交通大学出版社 ， 2006. 2 钟志华等 M 机械工业出版社 ， 2003. 3 夏长高 ， 曾发林 ， 丁华 M化学工业出版社 ， 2006. 4 王 瑄 ， 刘晓君 ，朱西产 . 汽车工程 ， 1998（ 1）： 105 刘君 ， 王 瑄 J1998（ 9）： 167. 6 曹玉平 ， 阎祥安 M天津大学出版社 ， 2003. 7 杨培元 ， 朱福元 . 液压系统设计简明手册 M机械工业出版社 ， 2005. 8王 瑄， 陈弘 ，董 丽莉 ， 赵航 . 车模拟碰撞试验系统的研究 J996（ 10）： 289刘学术 ， 宋振寰 ， 于长吉 J2004（ 3）： 22 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2010 年 2 月 16 日 2 月 23 日 2 月 24 日 3 月 19 日 3 月 20 日 3 月 25 日 3 月 26 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 7 日 5 月 8 日 5 月 25 日 6 月 1 日 6 月 5 日 下发任务书，布置外文翻译 调研，查文献，撰写开题报告，完成外文资料 翻译 检查开题报告，外文翻译 系统方案设计 计算分析与绘图 毕业设计中期检查 完成毕业设计说明书的撰写，申请优秀 毕业 论文 优秀论文答辩 答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 系意见： 系领导： 年 月 日 南京理工大学 紫金学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 方勇 学 号： 060104243 系 ： 机械工程 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 汽车碰撞模拟实验台设计 指导者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2010 年 5 月 肖猛 讲师 毕业设计说明书（论文）中文摘要 汽车模拟碰撞试验台由基架、导轨、滑车、牵引装置、液压缓冲系统及碰撞壁组成。安装在导轨上的滑车被牵引装置拖动，拉伸弹性橡皮绳给滑车提供较大初始加速度， 小车以 48KM/h 的速度碰撞缓冲器，缓冲器在一定的时间内把小车的速度由 48KM/h 减到 0。 本文 主要 研究的对象是液压缓冲器，该液压缓冲器主要作用是将小车的碰撞加速度控制在 准曲线范围内 。 关键词 模拟碰撞 试验台 液压缓冲器 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of is of in is by as a of is to 8km/of 8km/h in a of is s is s 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 汽车碰撞模拟试验台设计 指 导 教 师 : 2010 年 3 月 19 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑 墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 研究背景 随着科技的进步、经济的发展、人民生活水平的不断提高，汽车己经成为人们学习、工作、生活中不可缺少的代步工具，对人们的生活、生产产生了深刻的影响。作为一种便捷的现代化交通工具，汽车在给人们带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重威胁。随着全球汽车保有量的不断增加，交通事故也随之增加，交通事故己经成为全球范围内的一大社会问题。 这 是一组让人膛目结舌的数字。美国的汽车保有量为 年道路交通死亡 4万人左右；日本的汽车保有量近 8000万辆，每年道路交通死亡 年降到 8000人。中国的汽车保有量是 3000万辆，每年道路交通死亡近 11万人，单车事故率相当于美国的近 13倍，日本的近 40倍 1。除去交通状况等客观因素，一个不可回避的原因就是中国汽车安全系数低，我国交通事故的严重程度由此可想而知。随着我国道路交通状况的不断改善，我国汽车的保有量不断增加，车速也逐渐提高，交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失近年来也呈上升趋势 。加强道路交通系统和汽车安全的研究，预防交通事故，是需要全社会共同关注和迫切改善的重要课题 2。 汽车安全性问题与汽车的各种性能等直接或间接有关，对其研究最初是与提高汽车的整车性能的研究交织在一起的。随着二战后汽车工业的持续发展，到 60年代中期，西方发达国家中汽车的保有量和汽车的动力性能有了明显的提高，公路上的车流密度和车流速度己达到了一个空前高的水平，汽车事故发生率空前高涨，汽车安全性受到了公众和政府部门的高度重视。从这一时期开始，各国相继制定或修订了安全法规，如美国的汽车安全标准 3。在 这些法规的制约下，以及为了提高汽车产品的竞争力，各大汽车制造商和一些研究机构开展了汽车安全性的专门研究。汽车安全性研究逐渐从汽车技术研究的其他领域分离出来形成了一个独立的分支。 2汽车安全性的种类 汽车安全性可划分为主动安全性和被动安全性 5。被动安全性是指汽车发生不可避 免的交通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害减低到最低程度的性能。目前，汽车被动安全性研究内容包括车身结构抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究这三个方面。 汽车被动安全性研 究方法包括试验研究和计算机仿真研究两种 6。汽车被动安全性的研究最早通过实验进行，内容包括台架冲击试验、台车碰撞模拟试验和实车碰撞试验。实车碰撞试验主要用来对己开发出的成品车型进行按法规 (如美国 要求的试验，以鉴定其是否达到法规要求。涉及整车结构的相关 8km/面固定障碍物的冲击代表最严重的汽车碰撞类型。适合于该碰撞试验的固定障碍物通常由至少 3障碍物后面堆有大约 碍物平面垂直于汽车最后趋近路线，且表面铺有 19用道轨来控制试验汽车的方向，整个车辆的加速度可借安置于车地板或大梁或靠近车门中柱的车身门槛处的加速度仪来测量。我国的碰撞试验使用的是刚性的水泥墙，其上覆盖的 20是为了保护仪器，反而是欧洲的重叠碰撞试验中测试车辆并不是直接撞向刚性墙壁，而是与一个蜂窝结构的吸能块发生重叠碰撞，用这个吸能块来模仿对面来车。 汽车主动安全对策主要涉及汽车的制动性、动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息性等方 面。包括防抱死制动系统 (驱动防滑系统 (横摆控制系统、车距报警系统、驾驶辅助预警系统、安全导航系统后视镜、高位制动灯等汽车主动安全装置 7。 3汽车模拟碰撞的研究 （ 1）国外汽车碰撞模拟研究与发展状况 对汽车碰撞的研究，国外起步较早。较早开展汽车碰撞研究的是美国。早期汽车碰撞研究主要是进行各种条件下的碰撞试验，包括实车试验和模拟试验，如前所述。国外 汽 车碰撞模拟最早出现在 60年代末期，由于当时受计算机硬件水平的限制，一辆车仅包含几十个节点，单元类型也局限于梁单元，当时的碰撞模拟主要是 对实车碰撞实验的预测。 80年代由于 们开始研究对整车的耐撞有限元分析，汽车单元数量发展到几千个，同时开发出了与汽车结构相对应的薄壁单元。进入 90年代以来，由于汽车碰撞的商业化软件不断完善，单元数量也扩大到几万个甚至几十万个，汽车碰撞模拟结果越来越接近于实际。由于计算机开始广泛采用了并 行技术，使得运算时间大大减少，甚至现在普通的个人计算机也可以进行碰撞仿真分析。目前在汽车发达国家汽车碰撞模拟研究已经达到相当成熟的地步，开发出了许多成熟的用于碰撞模拟的成熟商业软件包， 已经部分取代实验室的工作。 （ 2） 国外开展汽车碰撞模拟研究的方向 国外开展的汽车碰撞计算机模拟研究主要包括事故再 (碰撞受害者模拟 (汽车结构抗撞性模拟 (F 个方向 9事故再现研究的内容是，在汽车事故发生后，由汽车的最终位置开始，运用按经验建立的运动学和动力学模型往回推算，即反向经由碰撞后阶段一碰撞阶段一碰撞前阶段，使事故的情 况在时间和空间上得以重现。汽车 碰 撞 受害者模拟的研究工作开始于 60 年代中期，使用的动力学分析模型是多刚体系统模型和生物力学分析模型，分别用来模拟人体整体动力学响应和人体局部结构伤害程度。汽车 结 构 抗撞性模拟的动力学分析模型是非线性大变形有限元模型。有限元模型的优点在于能真实地描述结构变形，适用于建立汽车结构模型及人体局部结构的生物力学分析模型。 （ 3） 国内汽车碰撞模拟研究状况 我国对汽车被动安全性进行系统研究是从上个世纪 80 年代后期开始的，汽车碰撞研究工作也开始于这一时期，取得了可喜的成绩。 1989 年，吉 林工业大学和西安公路交通大学分别建立了“刚体 +弹塑性弹簧”数学东北大学硕士学位论文第一章绪论模型和“刚体 +弹簧阻尼”数学模型 13。后者还做了模型碰撞试验，验证其理论模型。次年，吉林工业大学李卓森教授和李洪国教授就计算机模拟中所需的汽车碰撞刚度和汽车正面碰撞方程式等方面进行了探讨。 1996 年清华大学的黄世霖、王春雨等人应用 2000 年开始，我国一直实施汽车正面碰撞法规，即是 100%正面全接触碰撞试验。 2003 年，我国己经制定 1551 汽车正碰国家标准。而事实上，在道路交通事故中，由于侧面碰撞造成的伤亡事故也占有相当比例，约有 20%。在清华大学汽车碰撞试验室和中国汽车技术研究中心碰撞试验室进行了大量的碰撞试验，才最终确定了我国汽车侧碰国家标准(送审稿 )的内容，并计划于 2006 年 7 月 1 日起正式实施 14 汽车碰撞试验是汽车碰撞安全性研究中最准确可靠的方法，所开发汽车的碰撞安全 性最终都得通过实车碰撞试验来检验。但此类试验是汽车开发中一种昂贵的“试错”过程，所需开发时间长，开发成本高。因此，寻求通过对汽车碰 撞进行模拟计算来部分地取代与改进汽车碰撞试验工作，已成为汽车碰撞安全性研究中的一种必然趋势。通过模拟计算来分析汽车的碰撞性能，可以为汽车设计或改进工作提供一些基本规律和指导方向，减少试验次数，避免大量尝试性的工作，这样既能节约开发成本，又可缩短开发时间。在我国当前财力物力有限，相关的试验条件还不充分具备的条件下，应用有限元模拟计算的方法来研究汽车的侧面碰撞安全性，就更加具有现实意义。 参考文献 1 上海市教育委员会 M海交 通大学出版社， 2006. 2 钟志华等 M械工业出版社， 2003. 3 夏长高，曾发林，丁华 M学工业出版社， 2006. 4 王瑄，刘晓君，朱西产 . 汽车工程， 1998（ 1）： 105 刘君，王瑄 J1998（ 9）： 167. 6 曹玉平，阎祥安 M津大学出版社， 2003. 7 王瑄，陈 弘，董丽莉，赵航 . 车模拟碰撞试验系统的研究 J1996（ 10）： 288 杨培元，朱福元 . 液压系统设计简明手册 M械工业出版社， 2005. 9 刘学术，宋振寰，于长吉 J2004（ 3）：2210 开文果，金先龙，张晓云等 J2004,16(11):242811 黄世霖，张金换，王晓东等 M，北京 :清华大 学出版社， 2000. 12 梁宏毅，关乔，陈建伟解析中国汽车正面碰撞试验法规 J，世界汽车， 2001. 13 朱西产 J2001,4:514 胡少良 J1995,8(3):3315 郭应时，吴晓武 J999,19(2):8016 张觉慧，谭敦松，高卫民等 J， 1997,25(4):450 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 研究问题： 本课题主要研究的是设计一个轨道，一个撞击试验台，缓冲器和相关零件，设计缓冲器使撞击后减速曲线符合 准，给出模拟碰撞曲线。小车和缓冲器强度需满足要求。 研究手段： （ 1）采用液压式缓冲器，设计缓冲器结构； （ 2） 设计模拟碰撞试验台的其他部件； （ 2）通过 图软件绘制结构图。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： “文献综述”以交通事故的严重性作为课题研究的背景，简述了汽车检测与安全的重要性，阐述了 国内外对 汽车碰撞的研究和发展情况，最后结合课题内容提出了自己的看法。论述 与课题研究内容和主题结合紧密，叙述清楚，有一定的综合能力，表明该同学对课题相关研究内容已有一定的理解。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 本课题是关于汽车碰撞模拟试验台的设计，涉及面较宽，深度和广度适中，工作量适中，需要学生灵活应用所学 的理论知识，应该能够达到预期目标。 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 目录 1 绪论 . 1 课题来源与国内外现状 . 1 研究背景 . 1 汽车安全性的种类 . 1 汽车模拟碰撞的研究 . 2 本课题主要内容 . 3 2. 碰撞试验台结构特点和技术要求 . 4 结构特点和技术要求 . 4 缓冲过程建模 . 4 3. 碰撞试验 台的设计和计算 . 5 碰撞试验台的总体设计 . 5 导轨机构的设计和计算 . 5 小车的选择和设计及释放机构 . 6 墙体的选择 . 7 传动装置 . 7 4. 减速缓冲装置的设计和计算 . 9 减速缓冲器的种类 . 9 吸能缓冲器 . 9 多孔式液压缓冲器 . 11 圆槽减速缓冲器的设计计算 . 14 液压缓冲器的设计原理 . 14 缓冲器的结果设计 . 19 液压缓冲器装配图 . 21 驻退液 . 22 缓冲装置的运动 . 22 结 论 . 24 致 谢 . 25 参 考 文 献 . 26 附录一 液压缸体设计 . 28 附录二 加速度曲线 . 30 附录三 液压缸设计数据表 . 31 附录四 液压缸圆槽设计数据表 . 33 毕业设计说明书（论文）中文摘要 汽车模拟碰撞试验台由基架、导轨、滑车、牵引装置、液压缓冲系统及碰撞壁组成。安装在导轨上的滑车被牵引装置拖动，拉伸弹性橡皮绳给滑车提供较大初始加速度，小车以 48KM/冲器在一定的时间内把小车的速度由 48KM/h 减到 0。本文主要研究的对象是液压缓冲器，该液压缓冲器主要作用是将小车的 碰撞加速度控制在 准曲线范围内。 关键词 模拟碰撞 试验台 液压缓冲器 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of is of in is by as a of is to 8km/of 8km/h in a of is s is s 1 绪论 课题来源与国内外现状 随着科技的进步、经济的发展、人民生活水平的不断提高，汽车己经成为人们学习、工作、生活中不可缺少的代步工具，对人们的生活、生产产生了深刻的影响。作为一种便捷的现代化交通 工具，汽车在给人们带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重威胁。随着全球汽车保有量的不断增加，交通事故也随之增加，交通事故己经成为全球范围内的一大社会问题 。 这是一组让人膛目结舌的数字。美国的汽车保有量为 年道路交通死亡 4万人左右；日本的汽车保有量近 8000万辆，每年道路交通死亡 年降到8000人。中国的汽车保有量是 3000万辆，每年道路交通死亡近 11万人，单车事故率相当于美国的近 13倍，日本的近 40倍。除去交通状况等客观因素，一个不可回避的原因就是中 国汽车安全系数低，我国交通事故的严重程度由此可想而知。随着我国道路交通状况的不断改善，我国汽车的保有量不断增加，车速也逐渐提高，交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失近年来也呈上升趋势。加强道路交通系统和汽车安全的研究，预防交通事故，是需要全社会共同关注和迫切改善的重要课题 1 汽车安全性问题与汽车的各种性能等直接或间接有关，对其研究最初是与提高汽车的整车性能的研究交织在一起的。随着二战后汽车工业的持续发展，到 60年代中期，西方发达国家中汽车的保有量和汽车的动力性能有了明显的提高，公路上的车流密度和车流速度己达到了一个空前高的水平，汽车事故发生率空前高涨，汽车安全性受到了公众和政府部门的高度重视。从这一时期开始，各国相继制定或修订了安全法规，如美国的汽车安全标准 3。在这些法规的制约下，以及为了提高汽车产品的竞争力，各大汽车制造商和一些研究机构开展了汽车安全性的专门研究。汽车安全性研究逐渐从汽车技术研究的其他领域分离出来形成了一个独立的分支。 汽车安全性的种类 汽车安全性可划分为主动安全性和被动安全性 4被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或车 外行人进行保护，以免发生伤害或使伤害减低到最低程度的性能。目前，汽车被动安全性研究内容包括车身结构抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究这三个方面。 汽车被动安全性研究方法包括试验研究和计算机仿真研究两种 6。汽车被动安全性的研究最早通过实验进行，内容包括台架冲击试验、台车碰撞模拟试验和实车碰撞试验。实车碰撞试验主要用来对己开发出的成品车型进行按法规 (如美国 要求的试验，以鉴定其是否达到法规要求。涉及整车结构的相关 8km/面固定障碍物的冲击代表最严重的汽车碰撞类型。适合于该碰撞试验的固定障碍物通常由至少 3障碍物后面堆有大约 90吨夯实的砂土或其等价物。障碍物平面垂直于汽车最后趋近路线，且表面铺有 19用道轨来控制试验汽车的方向，整个车辆的加速度可借安置于车地板或大梁或靠近车门中柱的车身门槛处的加速度仪来测量。我国的碰撞试验使用的是刚性的水泥墙，其上覆盖的 20是为了保护仪器，反而是欧洲的重 叠碰撞试验中测试车辆并不是直接撞向刚性墙壁，而是与一个蜂窝结构的吸能块发生重叠碰撞，用这个吸能块来模仿对面来车。 汽车主动安全对策主要涉及汽车的制动性、动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息性等方面。包括防抱死制动系统 (驱动防滑系统 (横摆控制系统、车距报警系统、驾驶辅助预警系统、安全导航系统后视镜、高位制动灯等汽车主动安全装置 7 车模拟碰撞的研究 （ 1）国外汽车碰撞模拟研究与发展状况 对汽车碰撞的研究，国外起步较早。较早开展汽车碰撞研究的是美国。早期汽车碰撞研究主要是进 行各种条件下的碰撞试验，包括实车试验和模拟试验，如前所述。国外 汽 车碰撞模拟最早出现在 60年代末期，由于当时受计算机硬件水平的限制，一辆车仅包含几十个节点，单元类型也局限于梁单元，当时的碰撞模拟主要是对实车碰撞实验的预测。 80年代由于 们开始研究对整车的耐撞有限元分析，汽车单元数量发展到几千个，同时开发出了与汽车结构相对应的薄壁单元。进入 90年代以来，由于汽车碰撞的商业化软件不断完善，单元数量也扩大到几万个甚至几十万个，汽车碰撞模拟结果越来越接近于实际。由于计算 机开始广泛采用了并行技术，使得运算时间大大减少，甚至现在普通的个人计算机也可以进行碰撞仿真分析。目前在汽车发达国家汽车碰撞模拟研究已经达到相当成熟的地步，开发出了许多成熟的用于碰撞模拟的成熟商业软件包，已经部分取代实验室的工作。 (2)国外开展汽车碰撞模拟研究的方向 国外开展的汽车碰撞计算机模拟研究主要包括事故再(碰撞受害者模拟 (汽车结构抗撞性模拟 (F 个方向 9事故再现研究的内容是，在汽车事故发生后，由汽车的最终位置开始，运用按经验建立的运动学和动力学模型往回推算，即反向经由碰撞后阶段一碰撞阶段一碰撞前阶段，使事故的情况在时间和空间上得以重现。汽车 碰 撞 受害者模拟的研究工作开始于 60年代中期，使用的动力学分析模型是多刚体系统模型和生物力学分析模型，分别用来模拟人体整体动力学响应和人体局部结构伤害程度。汽车 结 构 抗撞性模拟的动力学分析模型是非线性大变形有限元模型。有限元模型的优点在于能真实地描述结构变 形， 适用于建立汽车结构模型及人体局部结构的生物力学分析模型。 (3)国内汽车碰撞模拟研究状况 我国对汽车被动安全性进行系统研究是从上个世纪 80 年代后期开始的，汽车碰撞研究工作也开始于这一时期，取得了可喜的成绩。 1989年，吉林工业大学和西安公路交通大学分别建立了“刚体 +弹塑性弹簧”数学东北大学硕士学位论文第一章绪论模型和“刚体 +弹簧阻尼”数学模型 13。后者还做了模型碰撞试验，验证其理论模型。次年，吉林工业大学李卓森教授和李洪国教授就计算机模拟中所需的汽车碰撞刚度和汽车正面碰撞方程式等方面进行了探讨。 1996 年清华大学的黄世霖、王春雨等人应用2000年开始，我国一直实施汽车正面碰撞法规，即是 100%正面全接触碰撞试验。 2003年，我国己经制定 1551 汽车正碰国家标准。而事实上，在道路交通事故中，由于侧面碰撞造成的伤亡事故也占有相当比例，约有 20%。在清华大学汽车碰撞试验室和中国汽车技术研究中心碰撞试验室进行了大量的碰撞试验，才最终确定了我国汽车侧碰国家标准 (送审稿 )的内容，并计划于 2006年 7月 1日起正式实施 14 本课题主要内容 本课题 在介绍国内外汽车碰撞试验台的基础上 ， 提出一种汽车碰撞试验台设计方案， 包括小车，导轨，牵引装置，减速缓冲装置等。 重点进行 减速缓冲装置 的分析与设计，设计出 液压式缓冲器， 使得小车 撞击后减速曲线符合 准，并给出模拟碰撞曲线。 2. 碰撞试验台结构特点和技术要求 结构特点和技术要求 本课题设计的模拟试验台结构特点并不复杂，主要 机械结构部分包括导轨、滑车、拖车、释放机构、牵引拉紧装置、拉紧力调节机构、减速器及水泥壁障等，导轨设计要让小车平稳滑行，小车选择稳定性比 较好的，拖车、释放机构、牵引拉紧装置、拉力调节机构是一个整体的系统，其主要作用是给小车一定的速度，并在一个稳定的速度释放小车，减速器 是让汽车的减速波形满足 求台车试验模拟出来的减速度波形在一定范围内，且停车距离在 (40020)间。因此我们的设计难点在减速缓冲装置上面。而其他的零部件按照一定的要求可以设计出来 17。 缓冲过程建模 进一步了解缓冲器的实际工作过程 (即其动态特性 )，必须对缓冲过程进行动态 分析，缓冲器的缓冲过程如图 击载荷为质量 M。的冲击块与转动惯量 冲击块运动速度与丝杆的角速度呈一定的比例关系 )。冲击块撞击缓冲器活塞头时的速度为 m(即 0)，则撞击时的能量损失 错误 !未找到引用源。 可以忽略。由于冲击块与活塞头均为钢制件，在实际冲击过程中难免会发生冲击块与活塞头的多次撞击现象，为便于分析，建模时忽略多次撞击的过程，即假设冲击块与活塞第一次撞击后以相同的速度运行。 1 液压缓冲器 2. 冲击块 3. 丝杆 图 缓冲过程原理图 3. 碰撞试验台的设计和计算 碰撞试验台的总体设计 本实验台的主要部件如下图所示： 1. 墙体 3. 液压缓冲器 4. 缓冲块 5. 滑车 6. 牵引车 7. 导轨 8. 电动机 图 试验台总体结构 导轨机构的设计和计算 导轨的功能是为滑车和拖车进行导向。导轨的断面形状为工字形用钢轨型钢加工而成。两根导轨的长度各为 25m，彼此平行排列，距离为 导轨的下面有调整垫铁和水泥地基。这样的话小车可以稳定在导轨上滑行并且比 较稳定。如图 图 导轨示意图 小车的选择和设计及释放机构 滑车的长度为 1 5m， 宽度为 1 2m，其上表面铺设钢板 。 在钢板上面装有塑料吸能器的钢筒与支承根据需要还可装座椅及其它试验需要的装置或部件。滑车后端设有与拖车插销相连接的带孔的零件和两个电磁铁偶件的吸盘 。 滑车的下面装有 4组与导轨接触并上下左右限位的滚轮，借此与导轨实现滚动摩擦，为减少噪声，在钢滚轮外装有尼龙套。 本系统采用电磁铁吸合、安全插销保险的简易机构。 2个电磁铁的吸力约 30全插销是利用一台小电机驱动的螺杆 机构带着上下移动的，从而实现插销和拔销动作，由电控设计保证，在电磁铁吸合和安全插销插入滑车的带孔零件之中后，卷扬机才能往后拉动拖车，并且只有在安全插销从滑车带孔零件中拔出后，才能释放滑车。如果停电，安全插销便会锁住滑车，避免产生不需要的碰撞，从而达到安全保险的目的 。 图 滑车与导轨配合图 墙体的选择 为了适应广泛的需要，壁障深入地下 2m，长 3m，总质量约 30t，为钢筋混凝土结构，并同导轨的地基浇筑成一体， 壁障的碰撞平面装有厚 20钢板，并在钢板上装置吸能器偶件之一 的橄榄头杆座，根据需要还可装设载荷传感器等部件。 图 撞墙体 传动装置 拖车的结构与滑车相同，只不过长度仅为 O 5m，上面装有插安全销的部件及其支承以及两个电磁铁吸盘，其后端装有钢丝绳牵引钩环。利用卷扬机、钢丝绳并通过拖车和释放机构将滑车拉回到设定位置，以保证在碰撞前达到规定的车速在设定位置的滑车将多根橡胶绳拉紧，当释放机构 放时，橡胶绳的拉紧力便使滑车向前加速运行，一直到水泥壁障前，吸能器使其停止为止。根据车装载质量的多少和要求车速的大小，橡胶绳的数量可以相应地增减 17 4. 减速缓冲装置 的设计和计算 减速缓冲器的种类 在台车模拟碰撞实验过程中，缓冲减速装置决定了碰撞减速度波形，因此是台车实验的关键设备，国内外各厂家和科研机构关于缓冲减速装置的研究很多，缓冲的形式也多种多样。包括：高压气体型节流芯柱式，液压伺服式，金属或塑料褶皱吸能式和液压节流式等。 吸能缓冲器 正碰台车试验装置的设计思路将一根金属棒材的两端分别用 3 根销固定 (如图4-1(a)所示 )，若给其一定的预变形后在中间施加一质量为 m，速度为 如图 4-1(b)所示 )，金属棒材将发生如 图 4)所示的变形。在变形的过程中金属棒材将吸收能量，其大小为冲击载荷 (即质量块 )所做的功。在质量块上测得其在冲击过程中的减速度或力，并通过两次积分运算得到质量块和金属棒材的相对位移。结果表明，在冲击过程中质量块所受到的减速度或力与质量块和金属棒材的相对位移或作用时问具有图 6所示的梯形关系，即金属棒材受到的力或减速度逐渐增大到一定值后保持稳定，直到冲 击块的速度减为零或金属棒材从销中脱离。 (a)棒材固定 (b)棒材预变形 （ c） 棒材受冲击后变形 图 根据作用力与反作用关系，图 外，根据 F=冲击块质量不变的情况下金属棒材所能承受的减速度不变 (与质量块的冲击速度无关 )。基于单根金属棒材在这一工作模式下的力学特性，正碰台车试验装置以金属棒材作为复现波形用的吸能材料。 图 根金属棒材的力学特性 图 系统可分为两部分：一部分是用于固定车身的台车装置，另一部分是用于模拟车身减速即车体变形 的波形复现装置。其工作过程与实车正面碰撞过程类似，可分为如下 3个阶段： （ 1）引系统牵引台车车架 (车体焊接在其上 )获得预定的速度； （ 2）在探杆离吸能装置 2 3 车车架以预定的速度作匀速的自由运动 (地面摩擦忽略不计 )； （ 3）探杆与第一排金属棒材接触，在金属棒材的阻尼作用下台车装置开始作减速运动，直至速度减为 0，试验结束 20。 (a) 台车车架 正视图 俯视图 （ b）波形复现装置 图 正碰台车试验系统的设计简 图 多孔式液压缓冲器 清华大学碰撞实验室根据自身的特点和我国的国情，研制出液压节流式缓冲器。液压节流式缓冲器通常情况下是高速运行设备一种有效的安全保护装置，广泛应用于起重机、电梯和车辆机械中，但在传统的工程设计中，只是用估算的方法，对缓冲波形和模拟计算精度的要求都比较低。在台车模拟碰撞试验中，要求能精确地控制缓冲器的波形，因此需要高精度的模拟计算进行辅导设计和调试。 图 碰撞前，蓄能器中预先充满一定的氮气，当台车撞击活塞时，液压油由节流孔从高压腔压缩到外腔，外腔通 过回油孔与低压腔相通，节流孔产生的阻尼力对台车产生制动。台车的动能大部分转化为液压油的热能，同时还有一部分能量储存在蓄能器中，节流孔沿活塞的行程不等间距分布，每个节流孔的大小可以通过更换不同尺寸的节流螺钉来控制。这样可以按不同的碰撞要求控制缓冲器碰撞波形 21。 图 多孔液压缓冲器的工作原理图 本模型主要考虑了湍流状态下小孔节流流量特性、偏心环缝的流量特性、油的压缩性、活塞的运动特性和缓冲块的力学特性等，以动力特性为主。考虑到两次台车模拟碰撞时间间隔太长，温度对模型影响不大，因此忽略温度影响 。 （ 1）小孔节流流量方程为 错误 !未找到引用源。 式 (式中： 其为密度， （ 2）偏心环缝流量方程（图 4 错误 !未找到引用源。 式 (其中为 动力粘度 ,为 为活塞头偏心量， 图 偏心环缝 （ 3）油的压缩性方程 错误 !未找到引用源。 式（ 式中 （ 4）液压油的流量连续性方程 错误 !未找到引用源。 式（ 式中： （ 5）活塞的力平衡方程 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未找到引用源。 式 ( 6）台车的力平衡方程 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未找到引用源。 式（ （ 7)其他补充方程 气体绝热压缩 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 节流面积曲线 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 缓冲块的力学特性曲线 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式 (综合上面方程可以得到微分方程组如下： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式 (输入特性参数 错误 !未找到引用源。 p， 错误 !未找到引用源。 ， K， k,及节流面积曲线 错误 !未找到引用源。 ，缓冲块压力曲线 F(最 后确定台车的初速度 可以用数值积分法求解上面的方程。这里用变步长的四阶龙格 以得到高压腔的压力曲线、台车和活塞的减速度、速度和位移曲线，其中台车的减速度曲线是和试验进行对比的重点，通过对比验证模型的准确性，并对模型的各参数进行优化和修正。 圆槽减速缓冲器的设计计算 液压缓冲器的设计原理 为了汽车各种零部件的试验研究，缓冲器应能模拟汽车在不同速度下实车碰撞的波形。多孔式液压缓冲器由于结构的原因，很难把某次实车的碰撞波形模拟的非常精确。从统计学的观点来讲，模 拟某次实车碰撞波形其实是没有意义的，缓冲器能模拟出碰撞过程中的加速度峰值和脉宽等重要参数就足够了。但由于实车碰撞的速度特性和液压缓冲器的速度特性存在本质不同，这就需要一套调节缓冲器的方法，以适应在不同速度下的碰撞试验的需要 21 在此设计的液压缓冲器模拟汽车碰撞波形要满足 要求台车试验模拟出来的减速度波形在一定范围内且停车距离在 (400 20) 中两条虚线为法规要求的减速度波形的上下限，该减速度波形的停车距离为 399 求台车试验模拟出的大于 20 0 减速度波形最大减速度为 于 204.5 图 满足法规 图 满足法规 图 4。 8为液压缓冲器的局部正视图，从图中可以看出在液压缸底部有一个圆槽，因此称之为圆槽式液压缓冲器。改缓冲器主要依靠活塞在圆槽的位置变化改变驻 退液的流量来改变小车碰撞的加速度变化。 ，在整个撞击的过程中，内压缸内的压力始终保持一定，如此便产生一固定大小之缓冲力，也就是所谓的线性减速。 经由此线性减速过程，油压缓冲器能将运动工作件平稳且安静地以最小的力量将运动件停止下来 。 图 缓冲器局部正视图 1. 工作腔 2. 非工作腔 图 缓冲器结构图 由于活塞挤压 1腔（工作腔）内液体，使其压力升高，被压缩液体通过活塞和变深度沟槽组成的流液孔 错误 !未找到引用源。 高速射入 2腔（非工作腔），这股高速射流最后射到驻退筒的底部，成为杂 乱无章的涡流，随着后坐运动驻退杆不断从驻退筒中抽出， 2腔出现真空，流液在变深度沟槽中受阻尼力对台车进行制动。汽车碰撞中的巨大动能转化为驻退液的热能，还有一部分能量贮存在 2腔中。不难看出，缓冲装置内流体流动是十分复杂的，它属于可压缩粘性液体带有热传导的三维非定向层流动，过渡到大雷诺数紊流流动的问题。 为了工程上处理方便，对缓冲装置中液体的流动作如下假设： 1） 驻退液是不可压缩的 2） 流动是一维定常数 3） 驻退液在缓冲装置通道中的流动是以地球为惯性参考系的 液流通道中某点的流速 错误 !未找到引用源。 和压力 P，即为该点所 在截面上的平均流速和液体压力，并认为该截面上的值处处相等，对于恒定紊流（即流速和压力的时间均值不随时间变化的紊流）， 错误 !未找到引用源。 还应理解为对时间的平均流速和压力，这样，所讨论的模型不需要再区分层流和恒定紊流了。 下面建立描述在缓冲装置作用下运动的基本方程组 : 1）建立驻退方程和缓冲阻力方程 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 2）驻退机内液体的质量守恒方程（连续方程） 为了确定驻退活塞后坐速度与液体流经流液孔德液流速度的关系，应用不可压缩定常流动的质量守恒方程： 错误 !未找到引用源。 =常数 式中： 错误 !未找到引用源。 流液通道中任一截面的液流速度 A 液流通道的截面面积 在图 规定： 错误 !未找到引用源。 工作腔内 1错误 !未找到引用源。 非工作腔内 2错误 !未找到引用源。 流液孔面积， 错误 !未找到引用源。 其中， b 沟槽宽度； 错误 !未找到引用源。 沟槽的变深度： 错误 !未找到引用源。 方形面积； d 驻退筒内径； D 驻退筒外径。 驻退杆以 观察者位于驻退杆上，则可看出液体以 错误 !未找到引用源。 的流速射向 2腔，得： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 上式解出 错误 !未找到引用源。 是相对驻退杆的相对速度，活塞的相对速度为 通过流液孔的绝对速度 错误 !未找到引用源。 为： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到 引用源。 式（ 3） 驻退机液流的机箱能守恒方程（伯努利方程） 为了确定驻退机 1用定常流动的能量方程，有： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 式中： 错误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 1压能和比动能 错误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 ， 错误 !未找到引用源。 2具体的比位能，比压能和比动能 错误 !未找到引用源。 液体流到的比能损失 错误 !未找到引用源。 液体的密度 式 定常流动同一瞬时，处于 1于从 1误 !未找到引用源。 。 比能损失 错误 !未找到引用源。 一般包括两部分，一部分成为沿程损失 面尺寸和角度不变的液流流动时的能量损失，它反映了液体分子之间以及液体与壁面之间的摩擦损失，另一部分称为局部损失 体的能量损失，它反映了当液体流通道几何尺寸变化时，由于液体的惯性，不能完全沿壁面流动，产生脱离现象，造成局部流动紊乱并有涡流产生而损失的一部分能量，两种损失的内因都来自于液体的粘性，通常工程设计中，认为液体流到某截面的比能损失 错误 !未找到引用源。 与该截面液体的比能动能成正比，即： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 式中 错误 !未找到引用源。 液体的损失系数 显然 错误 !未找到引用源。 与液体的粘性，通道几何尺寸，壁面粗糙度，流动状态等有关。 利用伯努利方程建立图 1所示 1 1力为 错误 !未找到引用源。 ,流速 错误 !未找到引用源。 （杆后坐），比能 错误 !未找到引用源。 ； 2力 错误 !未找到引用源。 （ 2腔出现真空），流速为 错误 !未找到引用源。 ，比位 能 错误 !未找到引用源。 。因驻退机径向尺寸变化不大， 1认为 错误 !未找到引用源。 将上述参量代人公式可得： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 应该指出，利用上式计算工作腔压力 错误 !未找到引用源。 ,往往与实测压力值相差较大，这是由于损失系数 错误 !未找到引用源。 不易取准，另一方面，三条基本假设与实际情况有较大差别。因此反后坐装置设计 中用修正系数 K 代替 错误 !未找到引用源。 ，上式可写成： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ K 称为驻退机的液压阻力系数。 K 不仅包括了驻退机内液体流到的沿程损失，而且还包括对上述公式不完善部分（如液体的收缩，截面，流速，压力的不均匀性等）的修正。因此， K 实质上是一个理论与实际之间的符合系数。在反后台坐装置设计中，对液体阻力系数 K 选取合理与，是关系设计成功与否的关键。 4） 液压阻力方程 在后坐过程中，工作腔压力始终作用在驻退活塞的工作腔一侧，这个液压力作用在驻退 活塞上的合力，就是阻止后坐的液压阻力，取驻退杆（包括活塞）为自由体 。 不难求出 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 联立方程组，可得到缓冲后坐运动方程： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 式（ 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 ! 未找到引用源。 错误 ! 未找到引用源。 式（ 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 缓冲器的结果设计 a） 液压缸的设计与计算 ： 液压缸的主要尺寸包括： 液压缸内径 D、活塞杆直径 d、液压缸缸体长度 l。 1)活塞头宽度 根据压杆的稳定性计算活塞的零件，活 塞杆的两端简化为铰支座： 错误 ! 未找到引用源。 错误 ! 未找到引用源。 式（ 所以 d=确定的 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 对所有材料 35说： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 因为 错误 !未找到引用源。 所以可以用欧拉公式： 错误 !未找到引用 源。 错误 !未找到引用源。 2)活塞杆直径 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 整理得： 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 3)活塞直径 活塞工作面积： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 且 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 整理后得直径 D= 即活塞直径为 则 错误 !未找到引用源。 4)缸体外径 缸体外径选择 45刚，作表面乳白镀铬处理 根据材料力学公式，可得： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 式（ 即 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 考虑到变沟槽深度取厚度 此缸体外径为 5)缓冲器的工作长度 缓冲器的工作长度 错误 !未找到引用源。 。 b） 液压缸的校核 的校核 中低压系统，无需校核 ， 原则 小于 高压大直径时，必须校 核 校核方法： 薄壁缸体（无缝钢管） 当 / D： 厚壁缸体（铸造缸体） 当 / D= / D： D/2 （ + 0.4 液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中同时承受拉应力和剪切 应力 可按下式校核 z l/d10 时，无须验算 l/d10 时，应该验算，可按材料力学 缓冲器的密封装置选用金属密封作为缓冲器活塞的密封元件，金属材料选用紫铜塞杆与前后盖的密封采用皮革和橡胶填料的密封结构。 缓冲器变深度沟槽的面积和深度计算采用 液压缓冲器装配图 根