面向正面碰撞的微型汽車前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，微型汽車在我國(guó)的銷量逐年攀升。與普通乘用車不同的是，微型汽車前部車身較短，這種車身結(jié)構(gòu)使得其正面碰撞安全性設(shè)計(jì)具有更大的難度。前縱梁結(jié)構(gòu)是汽車正面碰撞過(guò)程中主要的吸能構(gòu)件，且前縱梁的吸能效率與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到微型汽車正面碰撞安全性能。雖然對(duì)于前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)比較豐富，但是目前的研究大都沒(méi)有對(duì)前縱梁壓潰過(guò)程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)失效進(jìn)行深入分析，并且鮮有將前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安全性

2、優(yōu)化結(jié)合起來(lái)的研究。本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)前縱梁結(jié)構(gòu)的壓潰變形模式以及失效形式進(jìn)行了深入研究，并提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，利用這些設(shè)計(jì)方法對(duì)目標(biāo)車型的前縱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)微型汽車正面碰撞安全性能的提升。
　　圍繞正面碰撞安全性這一主題，本文主要開(kāi)展了下面幾方面研究：
　　(1)基于車身加速度波形分析前縱梁結(jié)構(gòu)對(duì)正面碰撞安全性的影響
　　基于能量守恒定律將某微型汽車正面碰撞波形等效簡(jiǎn)化為雙臺(tái)階波形，并利

3、用車輛—乘員系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型獲得了簡(jiǎn)化前后的波形對(duì)應(yīng)的乘員傷害值，驗(yàn)證了簡(jiǎn)化方法的合理性。隨后在保持防火墻侵入量不變和保持二階加速度不變兩種條件下，利用分組對(duì)比的方法分析了正面碰撞過(guò)程中前艙結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(一階加速度幅值)對(duì)于乘員安全的影響。最后針對(duì)微型汽車的特點(diǎn)，分析了前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于正面碰撞安全性的影響，并提出后續(xù)前縱梁結(jié)構(gòu)的研究目標(biāo)。
　　(2)利用數(shù)值方法研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于焊接超單元壓潰特性的影響
　　在傳統(tǒng)的超單元理論基礎(chǔ)

4、上，針對(duì)焊接型薄壁梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及其與閉口薄壁梁之間的區(qū)別，提出了焊接超單元結(jié)構(gòu)。利用數(shù)值模擬的方法，對(duì)焊接超單元中不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于其壓潰特性的影響進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示，焊接超單元中薄壁部分的棱邊角度對(duì)于壓潰特性的影響非常顯著，并且焊接邊寬度對(duì)于其壓潰失效的改善作用也很明顯，對(duì)于焊接超單元中兩部分的不同厚度組合也進(jìn)行了研究。在對(duì)比分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)焊接超單元的變形模式與傳統(tǒng)超單元之間存在一些差別，并挑選樣本進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果驗(yàn)

5、證了作者的預(yù)測(cè)。對(duì)于引起這種現(xiàn)象的原因，通過(guò)理論公式進(jìn)行了嘗試性的分析。
　　(3)前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究和驗(yàn)證
　　基于動(dòng)態(tài)落錘試驗(yàn)，以傳統(tǒng)的單、雙帽形截面薄壁梁的壓潰特征進(jìn)行分析。結(jié)合超單元理論推導(dǎo)以及對(duì)結(jié)構(gòu)失效的原因分析，歸納出改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一系列方法，包括結(jié)構(gòu)失效的改進(jìn)和吸能效率的提升。針對(duì)焊點(diǎn)撕裂、焊接邊內(nèi)陷以及局部彎折等結(jié)構(gòu)失效形式，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的布置方法進(jìn)行了研究，包

6、括其對(duì)變形形式和吸能效率的影響，發(fā)現(xiàn)合理布置誘導(dǎo)槽可以有效改善焊接型薄壁梁的壓潰特征。為了尋求提升前縱梁吸能效率的有效途徑，對(duì)加強(qiáng)板的設(shè)置方法進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在設(shè)置加強(qiáng)板時(shí)，增加截面超單元數(shù)量 n，并縮小單個(gè)超單元邊長(zhǎng) c可以顯著地提升吸能效率的同時(shí)改善結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　(4)目標(biāo)車型前縱梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　利用前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)目標(biāo)車型前縱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并結(jié)合邊界拉丁超立方、最小二乘支持向量回歸法、