基于耐撞性數(shù)值仿真的汽車車身輕量化分析

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1、基于耐撞

2、生數(shù)值仿真的汽車車身輕量化研究摘要汽車的輕量化是21世紀(jì)汽車技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢。在汽車車身輕量化技術(shù)中，利用輕量化材料替代傳統(tǒng)材料是主要的方法之一。汽車耐撞性的影響是汽車輕量化所要解決的一個(gè)主要問題，因此國內(nèi)外把這個(gè)問題作為一個(gè)學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)。汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家對汽車的耐撞性有強(qiáng)制性規(guī)定。為了保證材料替換后的汽車車身的耐撞性能夠滿足要求，需要知道替換材料的碰撞性能以及材料替換方式對車身部件碰撞吸能能力的影響，以便在不損害車身耐撞性的前提下達(dá)到最大的輕量化程度。本文利用有限元方法，對于汽車的碰撞過程進(jìn)行了數(shù)值仿真

3、并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)汽車車身在碰撞過程中的變形和吸能特點(diǎn)，提出了利用高強(qiáng)度鋼板和GMT復(fù)合材料進(jìn)行車身輕量化的具體措施，并通過碰撞仿真驗(yàn)證了其有效性。本文主要工作如下：l、分析了有限元模型簡化和參數(shù)設(shè)置誤差對于碰撞仿真結(jié)果的影響。以帽形薄壁梁對剛性墻的碰撞仿真為例，分析了有限元模型中零件的圓角大小、沖壓回彈變形、材料模型參數(shù)設(shè)置偏差、沖撞方向偏差以及障礙壁摩擦系數(shù)設(shè)置偏差對于零件碰撞吸能和碰撞力仿真結(jié)果的影響大小，得出的結(jié)論可精化汽車碰撞有限元模型，提高碰撞仿真的精度。2、建立了整車碰撞有限元模型并對仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)

4、證，還進(jìn)行了多種碰撞形式仿真。本文建立了某改型轎車的前碰撞仿真用有限元模型，探討了提高計(jì)算效率的多種方法并應(yīng)用于模型的建立中。按照國家碰撞法規(guī)規(guī)定的碰撞條件進(jìn)行了整車碰撞仿真和實(shí)車碰撞試驗(yàn)，碰撞試驗(yàn)的車身變形結(jié)果與各點(diǎn)的加速度時(shí)間歷程結(jié)果與仿真結(jié)果比較一致，證明了這個(gè)整車有限元模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了汽車與剛性墻斜角碰撞仿真、汽車與可變形壁障偏置碰撞仿真、兩車對撞仿真、兩車斜角碰撞仿真和兩車偏置對撞的仿真，通過上述仿真結(jié)果的數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)了這些碰撞形式對車身結(jié)構(gòu)耐撞性影響的特點(diǎn)和對乘員安全性的特殊要求，可用于車輛設(shè)

5、計(jì)和改進(jìn)時(shí)指導(dǎo)車輛綜合碰撞安全性的提高。3、研究了各影響因素對車身零件碰撞吸能能力的影響大小和零件吸能與板料厚度的關(guān)系。本文利用正交試驗(yàn)法中的極差分析法，進(jìn)行了車身零件碰撞吸能能力與零件鋼板厚度、材料的屈服強(qiáng)度、破壞強(qiáng)度和破壞應(yīng)變等參數(shù)的靈敏度分析，發(fā)現(xiàn)零件的吸zH-,匕b厶匕日匕力對于鋼板厚度和材料屈服應(yīng)力的變化比較敏感，最敏感因素為板厚變化。在此基礎(chǔ)上，研究了零件的碰撞吸能能力與鋼板板厚的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)可以將一些車身零件碰撞吸能能力與板厚的關(guān)系表達(dá)為二次函數(shù)關(guān)系；在對精度要求不高的情況下，將零件吸能與板厚的用線性關(guān)系表達(dá)也

6、是可行的，可用來估算不同鋼板厚度下零件的碰撞吸能能力。4、研究了高強(qiáng)度鋼板板料厚度的選擇方法，提出了利用高強(qiáng)度銅板實(shí)現(xiàn)車身輕量化的具體措施。本文對應(yīng)于不同的承載情況，在保證車身零件強(qiáng)度和碰撞吸能能力不減弱的前提下，對通過將零件材料由低碳鋼板替換為高強(qiáng)度鋼板而獲得的板料減薄量進(jìn)行了力學(xué)分析，得到了板料減薄量的計(jì)算公式并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。此公式對于汽車前面碰撞、側(cè)面碰撞和追尾碰撞等工況都是適用的。根據(jù)分析結(jié)果，分別以保險(xiǎn)杠、前縱梁以及翼子板和前輪罩組合結(jié)構(gòu)對剛性墻的碰撞為例，通過有限元仿真驗(yàn)證了前面得到的銅板減薄量的計(jì)算方法的有

7、效性。按照本文中提出的鋼板減薄量的計(jì)算方法，對車身中一些主要吸能零件進(jìn)行了材料替換后保證吸能性的減薄分析，并進(jìn)行了碰撞仿真，仿真結(jié)果表明車身重量減輕而車身耐撞性沒有減弱。5、對Gift復(fù)合材料的碰撞性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了利用Gift復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)車身輕量化的具體措施。GMT復(fù)合材料是極有前途的一類新興的車用輕量化材料。本文利用Hopkinson分離式壓桿技術(shù)，對30％玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯型GMT復(fù)合材料的碰撞性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究了其在不同應(yīng)變率下的力學(xué)特性。本文研究了在保證車身零件強(qiáng)度的前提下通過從低碳鋼到GMT的材料

8、替換實(shí)現(xiàn)車身輕量化的方法，提出了GMT零件板料厚度的計(jì)算公式。本文根據(jù)材料試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了GMT復(fù)合材料車身件的碰撞分析，研究了其碰撞特性和對車身輕量化的作用，發(fā)現(xiàn)將部分車身零件的材料用GMT復(fù)合材料進(jìn)行替換可以在基本不影響車身耐撞性的情況下實(shí)現(xiàn)車身輕量化的目的。關(guān)鍵詞：汽車，耐撞性，數(shù)值仿真，輕量化，有限元法AutomobileBodyLightweightingResearchBasedollCrashworthinessNumericalSimulationAbstractAutomobilelightweight

9、ingisoneofthemaindevelopmenttrendsofautomobiletechnologyin21“century．Inautomobilebodylightweightingtechniques．itisthemainmeasuretoreplacetraditionalmate