基于集中参数化模型之汽车正面碰撞概念设计方法研究

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1、基于集中参数化模型之汽车正面碰撞概念设计方法研究第1章绪论1.1研究背景及意义随着汽车产量的增长和应用范围的不断扩大，我国正逐渐迈向汽车业的大国和强国行列，国民的生产和生活方式也随之发生了巨大改变。汽车产业的兴起对我国工业化进程的发展以及社会文明进步起到了积极的促进作用[1]。中国若要成为经济发达国家和制造强国，除了引进国外先进技术或通过与外企合资的方式发展汽车工业外，更为核心的是必须着力发展具有自主知识产权的国有品牌和车型。在过去的二十年中，我国汽车工业飞速发展，国内知名的汽车企业，如一汽、二汽、上汽等整车制造生产企业以及其他零部件制造商，相继

2、走上与外企合资的发展道路[2]。目前我国主流的合资汽车企业，基本都是中方持有更多的股份，但汽车设计与制造的核心技术并不在中方手中。多年的合作关系未能有效改善中方的自主研发能力，合资的形式并未给中方带来开源的技术支撑和产品的所有权，而只是汽车生产的许可权，通常中方不得对引进的产品进行单方面的修改或创新，自然也接触不到产品核心的开发技术。中国汽车工业目前的生产制造能力已经达到国际水平，但自主研发能力的欠缺很大程度上制约了我国汽车产业的发展[3]。汽车产业发展政策极力鼓励汽车制造商提高自身自主研发和技术创新能力，积极开发具有自主知识产权的产品，实施品牌

3、经营战略[4]。在这样有利的大环境下，国内具有自主研发能力的汽车企业已形成良性的竞争局面。这象征着，我国的汽车产业发展模式已从原来的单纯依赖国外技术，走向了目前自主与合资并行的道路。..1.2车身概念设计与国内外研究现状车身设计周期一般可分为概念设计、详细设计与工程完善三个阶段[7]，其中概念设计阶段需要完成的主要工作为在没有详细模型的前提下确定车身结构的总体布置形式和尺寸等，是后续详细设计阶段的基础。概念设计是对开发的新车型的总体情况进行概括性的描述，是对汽车性能、外形与内饰等主要方面进行设计的研发基础。概念设计阶段作为车身结构设计的初始阶段，

4、其主要目标并不需要考虑车身的设计细节，而是从整体上把握车身结构的布局形式和受车身影响的各项性能指标。车身结构概念设计阶段的主要任务是确定车身基本结构，对整车性能进行预测，为车身结构的详细设计提供可行的设计方案，尽量避免在详细设计阶段出现结构的缺陷[8]。由于概念设计阶段产生的设计缺陷在以后的详细设计中很难弥补，因此必须在概念设计阶段就将结构分析应用进来，在早期设计中进行整车建模方案的总体性能分析与评价，以此来确保整车主要性能指标，包括结构强度、刚度及可靠性等符合相应设计要求，并可通过最优化分析，得到车身结构及性能的最优化设计方案。概念设计阶段工作

5、的重要性在于：初步的性能评估可以保证设计方案的合理性，有效避免工程阶段的反复工作，从而缩短开发周期、减少开发成本；增加工程设计的可靠性，产品质量得以保证；采用优化设计方法，可得到结构设计的最优方案；计算机模拟各种试验工况，减少模型制造及试验成本等。.第2章LPM建模方法研究2.1汽车抗撞性分析汽车结构复杂，且在碰撞过程中会产生大量的非线性变形，这导致汽车碰撞变形是一个十分复杂的过程。20世纪60年代之前，实车碰撞试验是评价汽车抗撞性能唯一可信的途径。为了评价研发车型是否满足各项安全法规，汽车厂商必须要投入大量的费用，反复进行实车碰撞试验，以此来评

6、估汽车的安全性能。但是，这种研发手段存在诸多弊端，周期长、成本高，且无法在汽车重量和安全性之间实现最优化方案。近几十年来，汽车市场竞争日趋激烈，人们对汽车安全性能的要求也不断提高，传统的试验方法存在的缺点越来越显著地暴露出来。在最近20年，计算机的普及促使汽车碰撞数值模拟技术迅速发展。应用汽车碰撞模拟技术的优势明显，不仅可以全面的得到车身抗撞性方面的信息，而且可以节省研发成本，缩短研发周期。数值模拟技术，如汽车碰撞模拟，在车身结构研发设计过程中应用程度的广泛性越来越大，使得现代车身结构设计开发已演变成为数值模拟技术驱动的多目标设计和保证的过程，其

7、流程可概括为设计←→分析循环的过程。在车身结构设计开发阶段应用数值模拟技术，可实现设计人员对最终设计目标的有效控制，从而将设计风险降到最低[58]。2.2车身前部吸能部件有限元模型建立与碰撞仿真分析作为被动安全性设计的重点和热点问题，汽车正面碰撞一直以来受到行业设计人员的高度重视。当车辆发生正面碰撞时，主要由车身前部的压溃区产生的塑性变形来吸收碰撞过程中的能量，这部分缓冲吸能的部件主要包括车身前部的保险杠和吸能盒系统，以及前纵梁结构。在车辆碰撞过程中，由于吸能盒的结构特点，迅速产生叠缩式的变形，保证碰撞力和车辆加速度处于较低的

8、水平，从而最大限度的降低乘员损伤及车身结构的变形。车身端部底架结构上的前纵梁在碰撞过程中发生的大变形能够很好地缓和冲击并吸收冲击动能，是