基于有限元方法的汽车新型前纵梁吸能特性分析

基于有限元方法的汽车新型前纵梁吸能特性分析汽车工程系杨兆2006-10-26项目的研究意义•汽车安全问题是当今汽车发展的四大主题之首位。汽车被动安全性技术是汽车安全性研究的重要内容。•在车辆交通事故中，正面碰撞事故占事故总量的一半左右。•提高汽车车身结构的安全性是汽车问世以来最重要的研究课题之一。提高汽车结构的安全性，既使汽车碰撞部位的塑性变形尽量大，吸收较多的碰撞能量，降低汽车减速度的峰值，尽量减少一次碰撞的强度。••当汽车发生正而碰撞时，主要由汽车车身前部的“压溃区”的塑性变形来吸收碰撞时的动能，其中主要是端部底架结构的大变形来缓和冲击和吸收冲击动能。对于车架汽车端部底架结构上的前纵梁是主要的吸能构件。研究结果表明在汽车前部纵向碰撞事故中，70%以上的汽车冲击动能必须由纵梁承受才能保证乘坐室的完整性与小变形性。因此，纵梁的吸能能力极为关键。而前纵梁前端的结构的吸能特性和变形模式，决定着车身在撞击时的加速度的响应，对乘员保护来说有着非常重要的作用。国内外研究现状•对于汽车被动安全性的研究主要从实车碰撞试验和计算机模拟试验两种方法进行。•国外采用系列软件对车辆建立有限元模型，用于分析车辆在碰撞过程中，车身和局部的变形状态，找出位移、速度、加速度和能量变化的关系，用于评价车辆的被动安全性能。•被动安全发展趋势:其一、车内外的全面保护；其二、被动安全保护装置的智能化。•本研究结合了当前被动安全的发展趋势，从保护成员的安全和智能化要求为目标出发，实现车辆被动安全的合理改进。研究目标与解决的关键问题•基于有限元方法，对汽车发生高速碰撞时，汽车前纵梁上安装吸能缓冲装置的吸能特性进行分析。并确立吸能缓冲机构的形式与尺寸。•其中主要涉及的关键问题有：模型的建立问题、有限元分析问题（网格划分与边界条件建立）、材料选择问题以及尺寸确定问题。研究内容理想的纵梁设计应该充分利用许可变形，配合端部底架结构上的其他部件，吸收汽车碰撞中的绝大部分动能，并使车身产生对人体伤害最小的碰撞力波形。根据上面设想，研究内容主要有以下几个方面：1、吸能结构的形式设计；2、实体模型建立，仿真模型建立，动态仿真分析，得出高速碰撞下吸能缓冲装置的速度、加速度与能量损失的关系；3、优化吸能装置尺寸结构。原理示意图拟采取的方法•通过实体建模软件和有限元分析软件对某汽车前纵梁进行模型建立与碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。设计吸能缓冲装置，并将吸能缓冲装置在前纵梁中应用，分析起吸能特性。经过分析之后得到吸能特性曲线和碰撞减速度曲线，通过改变相应参数优化吸能缓冲装置，使其在实际中得到应用。有限元模型仿真模型加速度与能量图技术路线技术路线图可行性分析•（1）从项目研究的目的意义上分析立项是必要的、可行的。本项目对于汽车安全性的研究具有重要的意义。•（2）从项目的应用前景、学术价值上分析立项是可行的。本项目顺应当前汽车安全性研究的热点，对于车辆碰撞安全性具有一定的应用价值。•（3）从现有条件和课题成员技术实力上分析本项目的研究是可行的。课题组成员职称、年龄结构合理，对于此项研究有深入的基础，在试验条件和设备上能够很好满足研究需要。本项目的特色与创新之处•（1）在汽车的前部安装一种缓冲吸能装置，在汽车发生高速碰撞时，碰撞力通过前保险杠直接作用该装置上，吸收巨大的碰撞能量，使汽车碰撞过程中的变形区域控制在该吸能装置压缩行程之内，使汽车的破坏程度最小化。•（2）根据车速的变化自动调整吸能能力，保证碰撞过程中平稳，给成员提供最优的安全保护。研究进展•2006.12.01—2007.04.30对新的吸能结构进行建立模型，并验证可行性；•2007.05.01—2007.12.30建立新的车架前纵梁结构模型，进行吸能特性分析；•2008.01.01—2008.08.30对比原始与加装吸能结构的车架前纵梁的吸能特性；•2008.09.01—2008.11.30整理结题报告，准备结题，结题。经费预算序号使用项目金额（元）1调研费1500.002差旅费1000.003文章版面费1500.004易耗品500.005其它500.00合计￥5000.00现有的工作基础•1、本课题主持者主要从事汽车被动安全性分析研究，读研究生期间主要研究内容为交通事故快速再现方法研究；•2、发表相关论文：•（1）杨兆，雷正保，周宇.碰撞事故再现的快速仿真.长沙理工大学学报，2006，3（1）•（2）杨兆，雷正保.基于ADAMS仿真求解集装箱正面吊运机作业稳定系数.港口装卸，2005，6•（3）雷正保，杨兆.汽车护栏碰撞系统的安全性研究.汽车工程，2006，28（2）•（4）雷正保，杨兆.三波护栏的耐撞性研究.公路交通科技，2006，23（7）•（5）雷正保，杨兆.汽车撞击护栏时乘员的安全性研究.振动与冲击，2006，25（2）•（6）周宇，雷正保，杨兆.基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计.长沙理工大学学报，2005，2（4）•3、课题组搜集和查阅了大量相关资料，并熟悉相应仿真软件的使用。预期目标与研究成果形式通过实体建模软件和有限元分析软件对某汽车前纵梁进行模型建立与碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。设计吸能缓冲装置，并将吸能缓冲装置在前纵梁中应用，分析起吸能特性。经过分析之后得到吸能特性曲线和碰撞减速度曲线，通过改变相应参数优化吸能缓冲装置，使其在实际中得到应用。•1、在全国期刊上发表相关论文1-2篇；•2、指导本科毕业设计2人；•3、提供科研总结报告1份。