论文部分内容阅读
随着中国成为全球最大的汽车市场，自主品牌逐渐意识到碰撞安全的重要性并着力提升车型的安全性能。销量持续增长的微型汽车，所存在的低成本策略、结构紧凑造成碰撞有效吸能区距离不足等因素，加大了耐撞性设计的难度。研究微型汽车安全碰撞材料与结构的吸能特性对指导耐撞性设计是具有重要意义的。 本文主要研究了微型汽车材料动力学参数获取与修正方法、轴向冲击下的薄壁梁吸能特性与理论预测、提高纵梁截面吸能特性的优化方法、车身加速度波形复现技术与结构设计优化流程等，为指导微型汽车碰撞吸能结构设计提供了理论指导与数据支持。本文主要工作与创新点如下： （1）提出了满足碰撞模型仿真精度的材料动力学参数获取方法与本构修正方程。基于材料高速拉伸试验获取的多条应变率曲线，论文运用多目标优化算法构建目标函数，反求得到汽车用钢材料的本构方程参数，分析得到本构方程材料模型不满足微型汽车碰撞仿真精度要求的原因，根据材料动力学特性提出本构方程修正原则、公式及修正系数获取方法，试验证明该方法所得材料模型满足碰撞仿真精度要求，对提高整车仿真精度具有重要意义； （2）提出了考虑惯性效应影响的帽形薄壁梁平均压溃力预测公式。分析变形模式、应变率效应及惯性效应对轴向冲击下的薄壁梁动态吸能特性的影响，提出的动态压溃力的修正预测公式可有效反应工况条件对平均压溃力预测的影响，动态落锤冲击试验等结果表明修正公式预测精度较高；分析帽形薄壁梁截面尺寸变化对吸能特性的影响，得到渐进式压溃模式的设计范围并表明惯性修正系数大小与截面尺寸无关；薄壁梁厚度的增加是提高吸能指标的重要途径，不同厚度的帽形截面可通过等效厚度进行压溃力预测；研究了不同设计形式的初始及阵列诱导槽对轴向冲击下的薄壁梁变形模式影响； （3）通过分析焊接组合超单元模型吸能特性与变形失效模式，提出了提高纵梁截面吸能特性的优化方法。提出了焊接边宽度是改善帽形薄壁梁焊点失效、局部内陷等失效模式的重要途径；研究焊接边轴向布置对吸能特性的影响规律，试验表明对称斜向焊接边可有效提高帽形薄壁梁的吸能特性；不同优化截面和多腔体加强板设计薄壁梁的试验结果表明，通过改变截面夹角ψ0和增加超单元数量n的方式可优化平均压溃力与比吸能、改善变形模式； （4）研究了微型汽车车身加速度波形复现技术。利用等效加速度波形与乘员伤害模型，分析了碰撞结构吸能特性对乘员保护的影响；设计等效结构台车替代平台衍生车型研发过程中的骡子车进行车身加速度波形验证试验，试验结果表明台车设计方法可实现车身加速度的复现，满足了乘员伤害响应模型仿真输入所需的加速度波形验证要求，有效提高了研发效率并降低了设计成本； （5）基于多目标优化算法和设计可行域区间判断回归法，利用等效结构台车对某平台衍生车型吸能结构进行了尺寸拓扑优化，并实现了骡子车替代试验优化了车型研发流程，整车正面碰撞试验结果表明相关优化方案可有效提高车型耐撞性并降低吸能结构质量。