基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计文献综述

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本科生毕业设计（论文）文献综述论文(设计)题目基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计作者所在系别机电工程学院作者所在专业车辆工程作者所在班级B13141作者姓名宋志鹏作者学号201322251指导教师姓名许文娟指导教师职称讲师完成时间2017年3月 毕业设计（论文）文献综述轻量化车身设计摘要：本课题是基于碰撞的安全性，对轿车的车身结构进行轻量化设计。论文以某轿车为例，在保证刚度和模态的前提下，以车身质量最小化为优化目标，对车身零件的厚度进行优化设计计算，根据零件的可制造性和加工成本对优化的零件厚度进行调整。应用有限元分析方法对轿车的正面碰撞进行模拟计算，对轻量化的设计结果进行对比分析，根据碰撞结果对优化的车身零件厚度进行调整，使轻量化的车身满足碰撞安全性的要求。关键词：轻量化设计、车身碰撞、安全性、模拟Abstract:Thistopicisbasedonthesafetyofthecollision,thelightweightdesignofcarbodystructure.Paperbyacarasanexample,onthepremiseofguaranteethestiffnessandmodal,bodyqualityminimizingtheoptimizationgoal,tooptimizethethicknessofthebodypartsdesignandcalculation,accordingtothemanufacturabilityofpartsandtoolingcoststooptimizethethicknessofthepartstoadjust.Finiteelementanalysismethodisappliedtosimulationofthefrontofthecarcollision,comparingwiththeresultsoflightweightdesignanalysis,accordingtotheresultofthecollisionofthicknessadjustment,optimizationofthebodypartsmadeoflightweightbodytomeettherequirementsofthecollisionsafety.Keyword:Lightweightdesign,carcrash,security,simulation 引言当今环保与能源问题已经成了世界共同关注的问题，汽车行业也逐步向环保与节约能源的方向前进，而汽车轻量化设计的研究正是解决这一问题的重要课题。长安汽车工程院提出了基于灵敏度分析和侧面碰撞的汽车车身结构轻量化设计方法。首先以车身结构零件的板厚为设计变量,白车身的模态和刚度为约束条件,白车身质量最小为目标,分析了零件板厚关于车身模态和刚度的灵敏度。选取对车身模态和刚度以及抗撞性不敏感的车身零件的板厚,进行以白车身质量最小为目标的优化计算。优化结果使车身减轻14.8kg。轻量化后的整车和乘员约束系统进行了侧面碰撞的模拟计算,并与轻量化前的结果进行了对比,对整车耐撞性和乘员的安全性进行对比校核,根据碰撞结果对车身零部件的厚度进行了再调整。结果表明,轻量化后的车身满足碰撞安全性的要求,假人的C-NCAP得分也是可接受的。合肥工业大学高立新提出了面向整车性能的轿车集成开发流程,构建了包括目标设定与分解及验证过程在内的V字型整车开发流程图;并以整车正向开发中的瓶颈问题为主线,围绕底盘和车身这两大复杂系统的设计与开发,着重对扭转梁式后轴的拓扑优化设计和车身前纵梁结构的安全性能设计展开了详细的研究,并建立了面向正向设计的汽车性能仿真优化综合开发平台。研究结果表明,采用以上流程、关键技术和方法,不仅实现了整车结构轻量化目标,而且满足各项性能的要求——总体性能优于标杆车型。陈晓斌以国产某自主研发轿车为例,介绍了整车开发流程及前期开发过程中有限元数值模拟所涉及的开发内容,同时详细论述了整车有限元建模方法。设计并进行了国产某自主研发轿车白车身模态试验。由试验结果分析得到了白车身结构模态频率和振型,获得了白车身的动态特性。还对国产某自主研发轿车白车身的灵敏度分析及优化计算。通过灵敏度计算识别出了对刚度及重量影响较大的零件。通过正面碰撞试验的变形时间历程及整车结构变形验证了整车碰撞有限元模型的有效性后,首次将正面碰撞与侧面碰撞的数值仿真联合应用于车身轻量化设计前后的整车结构抗撞性能研究。提出了基于引擎盖刚度与行人头部保护要求的轻量化设计方法。奇瑞汽车研究院与上海交通大学研究院以某型轿车为例,建立了车身的有限元模型,应用以灵敏度分析为基础的修正可行方向优化算法,在保证车身刚度和模态性能不降低的前提下,以车身结构质量的最小化为目标,优化车身零件的厚度,从而实现车身结构的轻量化,车身减轻的质量为原来的6.22%,车身结构的弯曲和扭转刚度也都获得不同程度的提高,主要模态频率变化在1Hz以内。朱平、张宇以某轿车为研究对象,运用显式有限元理论,建立整车有限元模型,基于“汽车正面碰撞乘员保护设计规则(CMVDR294)”的耐撞安全性仿真,从满足整车正面耐撞安全性能的角度,分别采用高强钢和铝合金对车身主要覆盖件进行轻量化研究,使车身减质量分别达9.31kg和53.10 kg,减质量效果达到11.30%和64.50%。对整车变形、整车与刚性墙的碰撞力、运动速度和加速度、主要零部件吸能等方面进行分析、评价,数值仿真验证了轻量化方案的可行性。王增武等人建立了左前车门的有限元分析模型,对车门在自由状态下进行模态分析;在一定工况下对车门的框架刚度分析;在一定工况下对车门进行腰线刚度的分析,通过通用的有限元分析软件进行分析,为结构设计选择及结构优化提供了理论依据.车门是车身结构的重要组成部件,其性能直接影响着车身结构性能的好坏.车门作为一个综合的转动部件,和车厢一起构成乘员的周围空间范围,应具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性,以满足车门闭合时耐冲击性及与侧碰时的耐撞性等各项性能的要求.周云郊、兰凤崇、陈吉清等利用有限元法分析了某半承载式客车车身骨架的刚度与模态。在此基础上,重点以整车状态下的车架为研究对象,进行灵敏度分析,通过选择有效的设计变量,在满足刚度和模态性能的条件下,以整车质量最小为目标函数进行了尺寸优化。最后通过对后排五人座椅处结构的调整,优化了该局部的受力模式,进一步减少了该处的下沉量,得到了符合设计要求的改进方案。黄宜松.陈吉清.李宇彤.随着汽车工业的发展,节能、环保、安全及使用性能已经成为汽车行业最为关注的几大问题。汽车轻量化不仅能降低油耗,提高资源利用率,还能延长汽车使用寿命,同时汽车的使用性也有了显著的提高,车身轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。综述车身轻量化材料的应用现状,并且针对轻量化材料,对其成形性能进行总结,基于目前的研究现状,提出了轻量化材料成形有待于进一步解决的问题和发展方向。吉林大学唐洪斌利用对车辆在实际交通事故中的碰撞类型的模拟分析,提取车辆结构的碰撞特征值,应用于车辆概念设计开发过程。在产品概念设计阶段应用MADYMO和CAE相结合的方法,对车辆正面抗撞性进行概念设计,实现车辆前端结构断面参数概念阶段的参数提取,并实现初步的能量管理。从实际道路交通事故调查到乘用车产品概念设计,再到车辆前端结构分阶段多工况设计和分析,最后到正面碰撞乘员约束系统性能设计,实现了对乘用车车身结构正面抗撞性和乘员约束系统性能设计的控制。本文所研究的方法初步形成了乘用车正面抗撞性的碰撞控制逻辑、判断逻辑和结构设计准则,为实现乘用车被动安全性能控制提供了切实可行的方法和依据,并对国产汽车自主开发企业乘用车被动安全性的开发设计有重要的借鉴意义。从客车车身骨架结构的三种不同形式的对比分析入手,运用有限元技术,对桂林某客车公司设计的某款客车进行了静动态的有限元分析计算。在建立有限元计算模型时,借助于功能强大的有限元前处理软件HyperMesh建立车身骨架的有限元模型;根据设计要求及具体配置,将发动机、变速箱、燃油箱以及乘客、座椅、行李厢等载荷添加到模型中;对客车实际使用过程中可能遇到的路面情况进行科学的分析,确定有限元分析工况,最终采用更贴近实际情况的强迫位移的方法模拟扭转工况。在整个建模过程中,充分结合车辆的实际结构特点及实际使用情况,力争做到有限元模型能够准确的反映出车辆的实际情况。最后对计算结果进行研究分析,并对暴露出的强度问题,进行针对性的改进设计,并计算验证了改进方案的有效性。计算分析不仅解决了具体的设计问题,同时丰富完善了产品的设计数据库,有助于加速新车型的研发,进一步提高产品性能和技术含量。 参考文献[1]叶辉,胡平,申国哲,孙宏图,刘波,周定陆．基于灵敏度和碰撞仿真的汽车车身轻量化优化设计[J]．农业机械学报.2010.10.[2]高立新.轿车集成开发中若干关键技术研究[D].合肥工业大学.2010.[3]陈晓斌.基于现代设计方法和提高整车碰撞安全性的车身轻量化研究[D].吉林大学.2011.[4]韩旭.朱平.余海东.基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究[J].汽车工程.2007.07.[5]朱平.张宇.葛龙.林忠钦.基于正面耐撞性仿真的轿车车身材料轻量化研究[J].机械工程学报.2005.09.[6]王增武.靳晓雄.何剑锋.基于有限元某轿车左前门的模态刚度分析[J].佳木斯大学学报(自然科学版).2011.05[7]周云郊.兰凤崇.陈吉清.李宇彤.裘芝敏.基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究[A].2009年广东先进制造技术(佛山)活动周文集[C].2009.[8]黄宜松.陈吉清.李宇彤.裘芝敏.车身轻量化材料的应用及其成形性能研究进展[A].2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C].2009年.[9]唐洪斌.乘用车正面抗撞性设计方法研究[D].吉林大学.2008年.[10]栗广生.轻型客车车身骨架结构有限元分析及改进设计[D].广西工学院.2011. 毕业设计（论文）文献综述指导教师意见指导教师：年月日专业教研室审查意见负责人：年月日