汽車前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)及安全能分析學(xué)士學(xué)位參考

如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！ASTUDYONTHESTUCTUREANDTHESAFETYPERFORMANCEOFTHEVEHICLEFRONTBUMPER專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(汽車工程)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！摘要前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)作為安全防護(hù)裝置是現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)的重要組成部分。它要在肢-汽車前保險(xiǎn)杠碰撞試驗(yàn)并進(jìn)行相應(yīng)的求解計(jì)算。根據(jù)行人保護(hù)法規(guī)規(guī)定行人下肢損傷的三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)(脛骨加速度、膝關(guān)節(jié)彎曲角度和膝關(guān)節(jié)剪切位移),如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！ABSTRACTomnde如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！ 2汽車前保險(xiǎn)杠及行人損傷安全概述 7 3汽車前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建 12 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！ 如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！1前言1.1本課題研究背景和意義早期的前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目的是防止汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙及駕駛室發(fā)生過(guò)能設(shè)計(jì)研究工作已經(jīng)開展了幾十年，然而對(duì)于車外行人的安全保護(hù)近幾年來(lái)才逐漸受到人們[1]閆宏濤．基于行人腿部與汽車前保險(xiǎn)杠碰撞安全性仿真研究[D]．重慶：重慶交通大基于行人腿部防護(hù)的汽車保險(xiǎn)杠優(yōu)化研究[D]．吉林：吉林大學(xué)．2011.[4]許瑩瑩.基于低速碰撞和行人腿部保護(hù)的前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2011.如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！圖1-1行人與汽車前部碰撞的身體部位損傷分布百分比碰撞部位分布行人安全保護(hù)性能的汽車提上日程[4]?？偠灾?，行人-汽車碰撞事故中行人下如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！表1-1兩種模型的主要特點(diǎn)模型類別有限元模型多剛體模型仿真軟件AD建模理論顯示有限元理論多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論分析內(nèi)容任意單元的位移、速度、加速度、力等動(dòng)力學(xué)響應(yīng)參數(shù)及其應(yīng)力、應(yīng)變、剛體單元的位移、速度、加速度、力等動(dòng)力學(xué)響應(yīng)參數(shù)優(yōu)點(diǎn)精確地獲得模型上不同位置的仿真結(jié)果情況量較小點(diǎn)建模過(guò)程較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，工作量較大，描述模型的運(yùn)動(dòng)方面薄弱部件描述的方面薄弱：(1)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行研讀，總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于此課題的研究定。(2)利用有限元方法進(jìn)行汽車碰撞數(shù)值仿真能夠有效的降低運(yùn)算成本，大依據(jù)所應(yīng)用軟件及工作性質(zhì)先后分為以下六個(gè)階段(圖1-1)：[5]王景生．行人腿部碰撞安全性與保險(xiǎn)杠參數(shù)優(yōu)化的仿真方法研究[D]．吉林：吉林大如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知?、耷蠼饨Y(jié)果后處理(數(shù)據(jù)可視化)[1]。維圖(CAD)幾何模型(CATIA)(HYPERMESH)前處理(VISUAL-HIV)(PAM-CRASH)(VISUAL-VIEWER)(4)圖2-2下肢碰撞傷害指標(biāo)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！股骨骨股骨骨折股骨骨節(jié)骨折韌帶斷裂脛骨骨節(jié)骨折脛骨骨折腓骨骨折圖2-3行人下肢與汽車前部碰撞是的主要損傷形式2.3行人安全法規(guī)于機(jī)動(dòng)車碰撞時(shí)對(duì)行人及弱勢(shì)道路使用者加強(qiáng)保護(hù)和減輕嚴(yán)重傷害的認(rèn)證統(tǒng)一 t k kt膝關(guān)節(jié)彎膝關(guān)節(jié)彎曲膝關(guān)節(jié)剪切位移脛骨加速度如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！3汽車前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建3.1汽車前保險(xiǎn)杠幾何模型的構(gòu)建試(a)V1建模的原型(b)V2建模的原型3.1.1幾何尺寸的確定(1)忽略原型中過(guò)小的斜度；(2)忽略用于尺寸較小且不用于裝配的圓孔；(3)去除原型中的圓角和斜度較小的倒角；(5)對(duì)于復(fù)雜多曲率曲面拼接的曲面，盡量簡(jiǎn)化為盡可能少的曲率平滑過(guò)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！(6)部分弧度較小的曲面用平面來(lái)代替；(7)對(duì)于薄壁件，如V1的蒙皮和橫梁，在忠于原型的前提下，盡可能使用(9)所有部件的模型均視為左右對(duì)稱；(10)將除厚度尺寸外的其他尺寸值圓整為整數(shù)；3.1.2幾何模型的構(gòu)建3.1.2.1CATIA軟件簡(jiǎn)介3.1.2.2V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)幾何模型的構(gòu)建本節(jié)應(yīng)用CATIA軟件分別構(gòu)建V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)三大組成部分(蒙皮、泡沫和橫梁)的幾何模型。如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！V皮的幾何模型V沫的幾何模型V皮的幾何模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！V梁的幾何模型“現(xiàn)有組件”將三個(gè)部件模型導(dǎo)入其中，主要通過(guò)“相合約束”、移約束”和“角度約束”等命令根據(jù)其位置及裝配關(guān)系賦予各部件間的相圖3-5V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的幾何裝配模型3.1.2.3V2前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)幾何模型的構(gòu)建CATIA分別建立V2前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)三大組成部分(蒙皮、泡如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！V沫的幾何模型V梁的幾何模型圖3-9V2前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的幾何裝配模型3.2汽車前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建3.2.1HYPERMESH軟件簡(jiǎn)介如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！413-417.如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！表3-1三種網(wǎng)格劃分方法及其應(yīng)用范圍分方法應(yīng)用范圍自動(dòng)式(Auromatic)通過(guò)設(shè)定一定的網(wǎng)格參數(shù)對(duì)曲面多而復(fù)雜的幾何體進(jìn)行自動(dòng)劃分網(wǎng)格交互式(Interactive)主要應(yīng)用于曲面不多且形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的幾何體，利用這種方等參數(shù)；網(wǎng)格優(yōu)化則是對(duì)已經(jīng)劃分好的網(wǎng)格作優(yōu)化處理對(duì)已經(jīng)劃分好的網(wǎng)格作優(yōu)化處理[6]周娜娜.轎車正面偏置碰撞抗撞性研究[D].重慶:重慶交通大學(xué).2011.公用技術(shù)院，奇瑞汽車.如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！SUV前保險(xiǎn)[16]王秀麗，基于行人小腿保護(hù)的汽車保險(xiǎn)杠改進(jìn)研究.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué).2010.automotivebumperbeaminlow-speedfrontalcrashes[J]．Thin-WalledStructures47(2009)902-911.[18]D.K.Park,C.D.Jang,S.B.Lee,S.J.Heo,H.J.Yim,M.S.Kim．Optimizingtheshapeofabumperbeamsectionconsideringpedestrianprotection[J]．InternationalJournalofAutomotiveTechnology,Vol.11,No.4,pp.489-494(2010).如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！3.2.2有限元網(wǎng)格劃分的注意事項(xiàng)(1)盡可能不使用過(guò)小的網(wǎng)格單元，以免網(wǎng)格密度過(guò)大而縮小時(shí)間步長(zhǎng)；(2)盡量使用四邊形單元，減少三角形、四面體、棱柱單元的使用；(4)為保證計(jì)算精度，避免集中出現(xiàn)銳角單元和翹曲的殼單元[1]。3.2.2.2單元特性表3-2HYPERMESH軟件中的主要單元類型的使用范圍單元類型使用范圍元(SHELL)薄板和曲面結(jié)構(gòu)體單元(SOLID)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)面單元(PLANE)平面結(jié)構(gòu)梁?jiǎn)卧?BEAM)需要承受彎矩的二維結(jié)構(gòu)桿單元(LINK)只承受軸向力的二維結(jié)構(gòu)為了盡量避免單元網(wǎng)格質(zhì)量不好而導(dǎo)致計(jì)算步長(zhǎng)的降低而浪費(fèi)過(guò)多的求解如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！單元的質(zhì)量。單元如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！3.3.3有限元網(wǎng)格的劃分3.3.3.1V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)模型有限元網(wǎng)格的劃分此適合采用殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，此時(shí)采用殼單元可以提高網(wǎng)格質(zhì)量及縮短工作時(shí)D圖3-11V1蒙皮有限元網(wǎng)格模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！圖3-13V1橫梁有限元網(wǎng)格模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！ckeditsolids然后使用”automesh”命令對(duì)泡沫模型前表面進(jìn)行2D網(wǎng)格的劃分。其后使用圖3-12V1泡沫有限元網(wǎng)格模型elems”等命令檢查網(wǎng)格質(zhì)量并優(yōu)化網(wǎng)格。獲得V1橫梁有限元網(wǎng)格模型，如圖如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！保存(save)待用。圖3-14V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)有限元網(wǎng)格模型3.3.2.2V2前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)模型有限元網(wǎng)格的劃分圖3-15V2蒙皮有限元網(wǎng)格模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！V泡沫有限元網(wǎng)格如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！圖3-17V2橫梁有限元網(wǎng)格模型各部件的網(wǎng)格大小、質(zhì)量，完后將V2有限元網(wǎng)格模型(圖3-18)保存(save)圖3-18V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)有限元網(wǎng)格模型3.4本章小結(jié)別建立了前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的主要部件(蒙皮、泡沫和橫梁)的簡(jiǎn)化幾何模型并裝配如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！4下肢-前保險(xiǎn)杠計(jì)算機(jī)模擬碰撞試驗(yàn)V4.1PAM-CRASH軟件簡(jiǎn)介表4-1PAM-CRASH軟件的主要顯著特點(diǎn)主要顯著特點(diǎn)三維圖形顯示屬性靈活控制，色彩多樣逼真能夠簡(jiǎn)便地處理異常復(fù)雜的邊界約束靈活控制計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，無(wú)須用戶設(shè)置靈活搜尋接觸區(qū)間針對(duì)大變形材料可采用特有的措施來(lái)保證求解的穩(wěn)定性和精確性可設(shè)定材料的斷裂失效條件簡(jiǎn)便地定義焊點(diǎn)、鉚釘?shù)燃s束及其斷裂條件可設(shè)置阻尼以加快求解彈性接觸時(shí)的收斂如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！針對(duì)汽車碰撞而特設(shè)指標(biāo)整形、輸出、比較模塊4.2仿真試驗(yàn)的前處理4.2.1基本假設(shè)人-車碰撞時(shí)汽車的前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)行人安全保護(hù)性4.2.2參數(shù)量綱表4-2常用的量綱組合基本物理量導(dǎo)出物理量序號(hào)度量度重力加速度力應(yīng)力1smgKg/m39.81mm/ms2Na2smmtt/mm39810mm/s2MPa4.2.3材料屬性有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于材料模型的選擇以及材料參數(shù)的確定，花費(fèi)相當(dāng)充足的時(shí)間了解材料模型并獲得準(zhǔn)確的材料參數(shù)尤其必要。(1)并不是材料屬性輸入窗口中的所有填選項(xiàng)都必須要輸入數(shù)值，部分不如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！(2)務(wù)必保證所輸入材料參數(shù)單位的統(tǒng)一，錯(cuò)誤的單位制不但會(huì)影響到材觸剛度等的計(jì)算[1]。度比彈性模量屈服應(yīng)力切線模量效應(yīng)變蒙皮(PA)0E6----泡沫(EPP)330.6E6------橫梁(45)0E92435E65表4-4V2前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)主要部件的材料參數(shù)度比彈性模量屈服應(yīng)力切線模量效應(yīng)變蒙皮(PA)0E6----泡沫(EPP)330.6E6------橫梁(ZAlSi7Mg)E690E674.2.4厚度參數(shù)相關(guān)模型的厚度參數(shù)模型厚度(mm)4.2.5邊界條件一項(xiàng)來(lái)自國(guó)際協(xié)調(diào)研究機(jī)構(gòu)(IHRA)的調(diào)研報(bào)告顯示，在汽車與行人相碰撞如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！mh4.2.6接觸定義表4-6人體下肢-前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)碰撞模型的接觸定義接觸模型接觸類型摩擦系數(shù)1前保險(xiǎn)杠模型全部部件自接觸單面接觸2下肢模型自身接觸3下肢模型與前保險(xiǎn)杠接觸面面接觸4下肢肌肉與骨骼接觸面面接觸4.2.7求解時(shí)間4.2.8碰撞模型如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！4.3碰撞模擬試驗(yàn)求解如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！圖4-3V1橫梁的參數(shù)輸入窗口4.4仿真結(jié)果的后處理如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！(a)脛骨加速度-時(shí)間曲線(b)膝關(guān)節(jié)彎曲角度-時(shí)間曲線(c)膝關(guān)節(jié)剪切位移-時(shí)間曲線如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！(a)脛骨加速度-時(shí)間曲線(b)膝關(guān)節(jié)彎曲角度-時(shí)間曲線(c)膝關(guān)節(jié)剪切位移-時(shí)間曲線如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！4.5仿真結(jié)果的分析與討論4.5.1獨(dú)立分析(1)對(duì)于試驗(yàn)1：由圖4-6(a)可得脛骨峰值加速度為145.4g，小于法規(guī)為15.5°，沒(méi)超出法規(guī)所規(guī)定的19°；同時(shí)由圖4-6(c)得出最大的膝關(guān)節(jié)剪。(2)對(duì)于試驗(yàn)2：由圖4-7(a)可得脛骨峰值加速度為135.2g，小于法規(guī)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！sc4.72mm，符合法護(hù)性能方面的表現(xiàn)V1前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)要4.6本章小結(jié)前保險(xiǎn)杠符合我國(guó)行人保護(hù)法規(guī)的規(guī)定，能夠有效保護(hù)行人的安全；V2前保險(xiǎn)如不慎侵犯了你的權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們告知！5