汽車側(cè)圍結(jié)構(gòu)抗柱撞設(shè)計理論與方法研究.pdf

1、本課題得到國家自然科學(xué)基金項目(51275164)資助。
　　隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車年產(chǎn)銷量穩(wěn)居世界第一位，與此同時，道路交通安全形勢也愈發(fā)嚴(yán)峻。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，汽車側(cè)面碰撞事故是僅次于正面碰撞事故的碰撞形式，這其中包括汽車因失控與路旁的柱狀物發(fā)生的側(cè)面碰撞事故。由于汽車側(cè)面柱碰撞中柱狀物堅硬、碰撞速度高、碰撞接觸面積小、碰撞區(qū)域車身結(jié)構(gòu)剛度薄弱等原因，乘員會面臨極大的損傷死亡風(fēng)險。因此，該碰撞形式對車身側(cè)圍結(jié)構(gòu)的抗柱

2、撞設(shè)計提出了非常高的要求。
　　針對上述問題，本文首先對側(cè)面柱碰撞中車體的運動過程和受力情況進行理論分析，得出該碰撞形式下的能量轉(zhuǎn)化過程和假人損傷機理，為后續(xù)的車身側(cè)圍抗柱撞結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。首先建立整車側(cè)面柱碰撞有限元仿真模型，在經(jīng)過模型有效性驗證的前提下，對整車側(cè)面柱碰撞仿真結(jié)果中的車身壓潰變形、各部件吸能情況、車體加速度響應(yīng)、碰撞力傳遞路徑以及側(cè)圍結(jié)構(gòu)侵入等耐撞性指標(biāo)進行研究，得出車體抗側(cè)面柱撞耐撞性改進設(shè)計的方向和原則

3、，并且對門檻梁、B柱、頂蓋橫梁、座椅橫梁等關(guān)鍵受力吸能部件提出改進方案，有效提高了車身側(cè)面柱碰撞耐撞性。在此基礎(chǔ)上，提出一種結(jié)合結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化的車身抗柱撞耐撞性設(shè)計方法，并將其應(yīng)用于車門的抗柱撞優(yōu)化設(shè)計。通過力學(xué)計算將車門柱碰撞和車門剛度試驗中的動力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問題，采用靜力學(xué)結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法得到車門防撞梁的最佳材料分布，選取合適的截面得到兩種新型的防撞梁結(jié)構(gòu)，通過多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化使防撞梁同時具備最佳的抗柱撞性能、最輕

4、的質(zhì)量和最大的結(jié)構(gòu)剛度。提出一種基于正交試驗敏感度分析方法的材料匹配設(shè)計方法，并將其應(yīng)用于車身側(cè)圍關(guān)鍵部件的材料匹配，通過分析結(jié)構(gòu)總吸能和材料成本對各部件材料替換的敏感度，選擇合適的部件進行高強度鋼材料的替換，解決了車身不同等級材料的配置問題。
　　論文研究結(jié)果表明:從車身結(jié)構(gòu)和材料出發(fā)，采用合適的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法和材料匹配方法進行改進設(shè)計可以有效提高汽車抗側(cè)面柱撞性能。本文提出的考慮汽車側(cè)面柱碰撞形式的車身結(jié)構(gòu)改進設(shè)計方案能夠有