計(jì)算機(jī)模擬碰撞分析和動(dòng)力學(xué)建模理論的研究.pdf

1、同濟(jì)大學(xué)汽車工程系博士學(xué)位論文計(jì)算機(jī)模擬碰撞分析和動(dòng)力學(xué)建模理論的研究姓名：高衛(wèi)民申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：車輛工程指導(dǎo)教師：洪善桃20020301前言第2頁(yè)放在后行李箱中。目前，就國(guó)內(nèi)而言，尚不具備做追尾碰撞試驗(yàn)的能力。針對(duì)這種情況，本文在計(jì)算機(jī)中模擬分析了追尾碰撞工況，從分析中可知，追尾碰撞中油箱及LPG(或CNG)儲(chǔ)罐是安全的。只是鋼瓶與加氣口之間的連接氣管要考慮一定的長(zhǎng)度，以避免在沖擊碰撞時(shí)鋼瓶位移中氣管變形可能導(dǎo)致的斷裂。綜上所

2、述，本文建立了一個(gè)完整的SANTANA2000CAE模型，并采用不同的方法對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。以法規(guī)規(guī)定的試驗(yàn)條件為依據(jù)，進(jìn)行了大量的模擬計(jì)算，并為結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了具體措施。汽車的碰撞過(guò)程中涉及到柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)在強(qiáng)動(dòng)載荷作用下的非彈性動(dòng)力響應(yīng)的問(wèn)題。目前常用的計(jì)算軟件，包括本文中使用的PAMCRASH、LSDYNA3D和MADYMO等都是建立在工程上廣泛采用的有限元方法和多剛體動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上的。這些理論和方法均采用了一定的工程

3、假設(shè)，因此從理論上對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，特別是動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究仍然具有十分重要的意義。本文針對(duì)柔性多體動(dòng)力學(xué)中建模理論和模態(tài)分析這兩個(gè)尚未很好解決的基本問(wèn)題，對(duì)平面自由柔體分別采用第二類拉氏方程和吉布斯一阿沛爾方程建立其動(dòng)力學(xué)控制方程。通過(guò)兩種建模方法的比較，說(shuō)明采用吉布斯一阿沛爾方程進(jìn)行建模具有很大的優(yōu)越性，方法簡(jiǎn)便，易于掌握，而且物理概念十分清晰，而運(yùn)用拉氏方程建模則整個(gè)過(guò)程將十分繁復(fù)，因此是不可取的。同時(shí)，本文以轉(zhuǎn)動(dòng)梁的縱橫運(yùn)動(dòng)為例，

4、充分考慮了柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中大范圍的剛體運(yùn)動(dòng)與小范圍的彈性變形運(yùn)動(dòng)相耦聯(lián)的特點(diǎn)，并嚴(yán)格地從非線性振動(dòng)理論對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了求解，最終導(dǎo)致了非線性振動(dòng)理論中著名的Mathieu方程。研究結(jié)構(gòu)在強(qiáng)動(dòng)載荷作用下的非彈性動(dòng)力響應(yīng)，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊載荷的承載能力，對(duì)于汽車被動(dòng)安全性研究同樣也具有有著十分重要的理論意義。本文選取了簡(jiǎn)支梁這一基本構(gòu)件，從加速度極小原理出發(fā)，建立了其受橫向階躍載荷沖擊時(shí)的大應(yīng)變彈塑性動(dòng)力方程。通過(guò)同Timoshenko梁的振

5、動(dòng)方程以及板的Karman方程振動(dòng)的對(duì)比，說(shuō)明采用加速度最小原理建立的梁的大應(yīng)變振動(dòng)方程中充分考慮了截面轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的動(dòng)力效應(yīng)，以及軸力在梁中的不均勻分布而導(dǎo)致的動(dòng)力效應(yīng)，方程更為精確。并且，采用分離變量法的思路，獲得了大應(yīng)變動(dòng)力方程的數(shù)值解答，得出的結(jié)論是：在Green應(yīng)變公式的高階項(xiàng)中，軸向位移梯度【，，的高階項(xiàng)起著決定性的作用，而轉(zhuǎn)動(dòng)引起的軸向位移梯度Z形搿的應(yīng)變高階項(xiàng)影響可以忽略不計(jì)。最后，本文還針對(duì)著名學(xué)者李國(guó)豪教授提出的“余彈