計算機模擬碰撞分析和動力學(xué)建模理論的研究.pdf

1、同濟(jì)大學(xué)汽車工程系博士學(xué)位論文計算機模擬碰撞分析和動力學(xué)建模理論的研究姓名：高衛(wèi)民申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：車輛工程指導(dǎo)教師：洪善桃20020301前言第2頁放在后行李箱中。目前，就國內(nèi)而言，尚不具備做追尾碰撞試驗的能力。針對這種情況，本文在計算機中模擬分析了追尾碰撞工況，從分析中可知，追尾碰撞中油箱及LPG(或CNG)儲罐是安全的。只是鋼瓶與加氣口之間的連接氣管要考慮一定的長度，以避免在沖擊碰撞時鋼瓶位移中氣管變形可能導(dǎo)致的斷裂。綜上所

2、述，本文建立了一個完整的SANTANA2000CAE模型，并采用不同的方法對模型進(jìn)行了驗證。以法規(guī)規(guī)定的試驗條件為依據(jù)，進(jìn)行了大量的模擬計算，并為結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了具體措施。汽車的碰撞過程中涉及到柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)在強動載荷作用下的非彈性動力響應(yīng)的問題。目前常用的計算軟件，包括本文中使用的PAMCRASH、LSDYNA3D和MADYMO等都是建立在工程上廣泛采用的有限元方法和多剛體動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上的。這些理論和方法均采用了一定的工程

3、假設(shè)，因此從理論上對結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，特別是動力學(xué)特性進(jìn)行研究仍然具有十分重要的意義。本文針對柔性多體動力學(xué)中建模理論和模態(tài)分析這兩個尚未很好解決的基本問題，對平面自由柔體分別采用第二類拉氏方程和吉布斯一阿沛爾方程建立其動力學(xué)控制方程。通過兩種建模方法的比較，說明采用吉布斯一阿沛爾方程進(jìn)行建模具有很大的優(yōu)越性，方法簡便，易于掌握，而且物理概念十分清晰，而運用拉氏方程建模則整個過程將十分繁復(fù)，因此是不可取的。同時，本文以轉(zhuǎn)動梁的縱橫運動為例，

4、充分考慮了柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)中大范圍的剛體運動與小范圍的彈性變形運動相耦聯(lián)的特點，并嚴(yán)格地從非線性振動理論對問題進(jìn)行了求解，最終導(dǎo)致了非線性振動理論中著名的Mathieu方程。研究結(jié)構(gòu)在強動載荷作用下的非彈性動力響應(yīng)，評價結(jié)構(gòu)對沖擊載荷的承載能力，對于汽車被動安全性研究同樣也具有有著十分重要的理論意義。本文選取了簡支梁這一基本構(gòu)件，從加速度極小原理出發(fā)，建立了其受橫向階躍載荷沖擊時的大應(yīng)變彈塑性動力方程。通過同Timoshenko梁的振

5、動方程以及板的Karman方程振動的對比，說明采用加速度最小原理建立的梁的大應(yīng)變振動方程中充分考慮了截面轉(zhuǎn)動所引起的動力效應(yīng)，以及軸力在梁中的不均勻分布而導(dǎo)致的動力效應(yīng)，方程更為精確。并且，采用分離變量法的思路，獲得了大應(yīng)變動力方程的數(shù)值解答，得出的結(jié)論是：在Green應(yīng)變公式的高階項中，軸向位移梯度【，，的高階項起著決定性的作用，而轉(zhuǎn)動引起的軸向位移梯度Z形搿的應(yīng)變高階項影響可以忽略不計。最后，本文還針對著名學(xué)者李國豪教授提出的“余彈