基于耐撞性数值仿真的汽车车身轻量化分析

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1、基于耐撞

2、生数值仿真的汽车车身轻量化研究摘要汽车的轻量化是21世纪汽车技术的一个主要发展趋势。在汽车车身轻量化技术中，利用轻量化材料替代传统材料是主要的方法之一。汽车耐撞性的影响是汽车轻量化所要解决的一个主要问题，因此国内外把这个问题作为一个学术研究热点。汽车工业发达的国家对汽车的耐撞性有强制性规定。为了保证材料替换后的汽车车身的耐撞性能够满足要求，需要知道替换材料的碰撞性能以及材料替换方式对车身部件碰撞吸能能力的影响，以便在不损害车身耐撞性的前提下达到最大的轻量化程度。本文利用有限元方法，对于汽车的碰撞过程进行了数值仿真

3、并进行了实验验证。根据汽车车身在碰撞过程中的变形和吸能特点，提出了利用高强度钢板和GMT复合材料进行车身轻量化的具体措施，并通过碰撞仿真验证了其有效性。本文主要工作如下：l、分析了有限元模型简化和参数设置误差对于碰撞仿真结果的影响。以帽形薄壁梁对刚性墙的碰撞仿真为例，分析了有限元模型中零件的圆角大小、冲压回弹变形、材料模型参数设置偏差、冲撞方向偏差以及障碍壁摩擦系数设置偏差对于零件碰撞吸能和碰撞力仿真结果的影响大小，得出的结论可精化汽车碰撞有限元模型，提高碰撞仿真的精度。2、建立了整车碰撞有限元模型并对仿真结果进行了实验验

4、证，还进行了多种碰撞形式仿真。本文建立了某改型轿车的前碰撞仿真用有限元模型，探讨了提高计算效率的多种方法并应用于模型的建立中。按照国家碰撞法规规定的碰撞条件进行了整车碰撞仿真和实车碰撞试验，碰撞试验的车身变形结果与各点的加速度时间历程结果与仿真结果比较一致，证明了这个整车有限元模型的正确性。在此基础上，进行了汽车与刚性墙斜角碰撞仿真、汽车与可变形壁障偏置碰撞仿真、两车对撞仿真、两车斜角碰撞仿真和两车偏置对撞的仿真，通过上述仿真结果的数值分析，发现了这些碰撞形式对车身结构耐撞性影响的特点和对乘员安全性的特殊要求，可用于车辆设

5、计和改进时指导车辆综合碰撞安全性的提高。3、研究了各影响因素对车身零件碰撞吸能能力的影响大小和零件吸能与板料厚度的关系。本文利用正交试验法中的极差分析法，进行了车身零件碰撞吸能能力与零件钢板厚度、材料的屈服强度、破坏强度和破坏应变等参数的灵敏度分析，发现零件的吸zH-,匕b厶匕日匕力对于钢板厚度和材料屈服应力的变化比较敏感，最敏感因素为板厚变化。在此基础上，研究了零件的碰撞吸能能力与钢板板厚的关系，发现可以将一些车身零件碰撞吸能能力与板厚的关系表达为二次函数关系；在对精度要求不高的情况下，将零件吸能与板厚的用线性关系表达也

6、是可行的，可用来估算不同钢板厚度下零件的碰撞吸能能力。4、研究了高强度钢板板料厚度的选择方法，提出了利用高强度铜板实现车身轻量化的具体措施。本文对应于不同的承载情况，在保证车身零件强度和碰撞吸能能力不减弱的前提下，对通过将零件材料由低碳钢板替换为高强度钢板而获得的板料减薄量进行了力学分析，得到了板料减薄量的计算公式并进行了试验验证。此公式对于汽车前面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞等工况都是适用的。根据分析结果，分别以保险杠、前纵梁以及翼子板和前轮罩组合结构对刚性墙的碰撞为例，通过有限元仿真验证了前面得到的铜板减薄量的计算方法的有

7、效性。按照本文中提出的钢板减薄量的计算方法，对车身中一些主要吸能零件进行了材料替换后保证吸能性的减薄分析，并进行了碰撞仿真，仿真结果表明车身重量减轻而车身耐撞性没有减弱。5、对Gift复合材料的碰撞性能进行了实验研究，提出了利用Gift复合材料实现车身轻量化的具体措施。GMT复合材料是极有前途的一类新兴的车用轻量化材料。本文利用Hopkinson分离式压杆技术，对30％玻璃纤维增强聚丙烯型GMT复合材料的碰撞性能进行了实验研究，研究了其在不同应变率下的力学特性。本文研究了在保证车身零件强度的前提下通过从低碳钢到GMT的材料

8、替换实现车身轻量化的方法，提出了GMT零件板料厚度的计算公式。本文根据材料试验的数据，进行了GMT复合材料车身件的碰撞分析，研究了其碰撞特性和对车身轻量化的作用，发现将部分车身零件的材料用GMT复合材料进行替换可以在基本不影响车身耐撞性的情况下实现车身轻量化的目的。关键词：汽车，耐撞性，数值仿真，轻量化，有限元法AutomobileBodyLightweightingResearchBasedollCrashworthinessNumericalSimulationAbstractAutomobilelightweight

9、ingisoneofthemaindevelopmenttrendsofautomobiletechnologyin21“century．Inautomobilebodylightweightingtechniques．itisthemainmeasuretoreplacetraditionalmate