基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究

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1、学校代号10532学号S150200330分类号U462密级公开硕士学位论文基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究学位申请人姓名张埔培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称陈涛讲师学科专业机械工程研究方向汽车被动安全论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S150200330密级：公开湖南大学硕士学位论文基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究学位申请人姓名：张埔导师姓名及职称：陈涛讲师培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年04月20日论文答辩日期：2018年05月19日答辩委员会主席：冯凯教授IIRese

2、archonMulti-bodysimulationmethodforvehiclerolloversafetybyZHANGPuB.E.(CentralSouthUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofscienceinMechanicalengineeringintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorLecturerCHENTaoMay,2018I基于汽车翻

3、滚安全的多刚体仿真方法研究摘要安全，节能和环保一直是汽车工业发展中的重要主题。汽车安全性作为与汽车使用者自身生命财产最直接相关的指标，在消费者心目中占有举足轻重的地位。汽车碰撞安全中的正面碰撞、侧面碰撞和后侧碰撞碰及其乘员保护经过多年的研究和发展，已经形成了多个完善的评价机制，极大地降低了交通事故的死亡率和经济损失。而汽车翻滚事故是发生率相比上述三种类型事故较小的一种交通事故类型。虽然翻滚事故发生率在所有交通事故类型中占比较小，但是死亡率却非常高。在我国，由于翻滚事故没有完善和成熟的评价机制，相关的研究也相对较少，随着正面碰撞和侧面碰撞事故发生率的一

4、直减小，翻滚事故的发生率也出现了上升的势头，因此汽车的翻滚安全性在汽车被动安全研究将变得越来越重要。相比正面碰撞和侧面碰撞，汽车翻滚事故过程持续时间更长且更为复杂，导致翻滚事故的研究难度较大。翻滚事故持续时间多在3000ms左右，利用基于LS-Dyna的非线性大变形有限元仿真模型的计算时间过长。一个完整的有限元整车翻滚模型使用高性能计算服务器完成一次计算至少需要3天以上，计算效率极低，给研究带来了极大的不便，特别是对于翻滚过程乘员运动和损伤相关的研究。车身结构变形在有限元计算过程中耗费计算时间较多，而大多数车身结构在整车翻滚过程中并未变形或变形对于乘

5、员损伤并没有明显影响。因此，可利用整车有限模型进行参数输入，运用MADYMO软件对有限元模型参数进行简化处理，保证模型的翻滚姿态正确的基础上进行乘员运动特性和损伤的研究。论文将塑性铰理论应用于翻滚多刚体模型，利用MADYMO建立了某车型的精细多刚体模型，有效保证了翻滚模型的精度，且相比于有限元整车翻滚模型，计算时间可以减少20倍以上。对该车型根据FMVSS208法规进行平台翻车试验，仿真模型与试验实车在翻滚响应上显示了较高的吻合度。为了验证模型的适应性，将仿真模型依据螺旋翻滚试验标准进行改造并进行仿真，后续进行的螺旋翻滚试验表明，模型适用性良好，具有

6、较高的应用价值。利用已验证模型对翻滚过程中的假人动态响应和损伤进行了分析，运用回归分析法研究了车辆主要参数与翻滚中主驾驶颈部损伤的关系。结果表明，主驾驶颈部损伤与车辆轴距改变量呈正相关关系。上述利用多刚体方法建立的车辆翻滚模型，能够大幅度提升汽车翻滚研究特别是翻滚过程乘员损伤研究的效率，有利于快速确定翻滚过程的乘员运动情况和损伤影响因素，并且根据分析结果进行相应的乘员保护措施和产品的开发。上述研究内容对汽车翻滚安全性的研究极具参考价值，对车辆翻滚安全性能的提升具有实践价值，有助于整车企业开发出更加安全的汽车。提出了一种专用于汽车翻滚的新型车顶安全气囊

7、结构，相比现有的车顶气囊形式，II硕士学位论文此新型结构安全气囊改进了若干不足之处，使气囊的展开对乘员更加安全，保护能力更加持久。关键词：汽车翻滚；多刚体；MADYMO；FMVSS208；螺旋翻滚；乘员损伤；回归分析III基于汽车翻滚安全的多刚体仿真方法研究AbstractSafety,energysavingandenvironmentalprotectionhavealwaysbeenimportanttopicsinthedevelopmentoftheautomotiveindustry.Carsafety,asanindicatordire

8、ctlyrelatedtothecaruser'sownlifeandproperty,occupiesap