基于行人頭部保護(hù)的風(fēng)擋玻璃有限元模型及優(yōu)化研究.pdf

1、在人-車事故中，行人頭部與汽車風(fēng)擋玻璃發(fā)生碰撞是導(dǎo)致行人傷亡的重要原因之一。如何提高行人頭部與風(fēng)擋玻璃碰撞安全性已經(jīng)成為汽車被動(dòng)安全研究的熱點(diǎn)問題。本文通過數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)行人頭部與夾層風(fēng)擋玻璃碰撞進(jìn)行了較為全面的分析研究，期望能夠?yàn)樾腥吮Ｗo(hù)研究提供借鑒，減小人-車事故中行人頭部的損傷，達(dá)到保護(hù)行人的目的。
　　在頭型沖擊器沖擊風(fēng)擋玻璃仿真模型的研究中，分析了擴(kuò)展有限元方法理論以及與傳統(tǒng)有限元方法的區(qū)別。推導(dǎo)了Ⅰ型裂

2、紋擴(kuò)展能量釋放率的公式。研究了擴(kuò)展有限元在ABAQUS中的實(shí)現(xiàn)步驟，并利用簡單算例驗(yàn)證了擴(kuò)展有限元模擬裂紋擴(kuò)展的有效性。通過逆向工程獲得了風(fēng)擋玻璃幾何模型，利用HYPERMESH得到風(fēng)擋玻璃網(wǎng)格模型，將網(wǎng)格模型導(dǎo)入ABAQUS中完成仿真模型的建立，并探討了幾種解決擴(kuò)展有限元收斂問題的方法。
　　在搭建成人頭型沖擊器沖擊風(fēng)擋玻璃試驗(yàn)臺(tái)的研究中，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車對(duì)行人的碰撞保護(hù)》中相關(guān)規(guī)定，完成成人頭型沖擊器的設(shè)計(jì)。分析了PVB夾層

3、風(fēng)擋玻璃安全性、隔音性等性能。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選擇試驗(yàn)場地并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)組成結(jié)構(gòu)?；贚ABVIEW設(shè)計(jì)了三軸加速度數(shù)據(jù)采集模塊，并對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行了選型。最終通過試驗(yàn)得到了風(fēng)擋玻璃裂紋擴(kuò)展圖及加速度時(shí)間歷程曲線，并驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。
　　基于行人頭部損傷指標(biāo)對(duì)風(fēng)擋玻璃進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究了目前常用的行人頭部損傷指標(biāo)，選擇HIC值作為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過改變材料及各層厚度對(duì)風(fēng)擋玻璃進(jìn)行優(yōu)化。采用最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及克

4、里格近似模型，對(duì)風(fēng)擋玻璃材料參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選使得HIC值降低了12.2％。在材料優(yōu)選的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)擋玻璃各層厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行取點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)空間建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、切比雪夫正交多項(xiàng)式及克里格近似模型，并通過精度分析對(duì)比了近似模型。對(duì)近似模型分別采用了多島遺傳優(yōu)化算法及自適應(yīng)模擬退火優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，分析對(duì)比兩種尋優(yōu)效果。在不顯著改變玻璃總厚度的情況下，使得HIC值降低了26.38%，改善了汽車風(fēng)擋玻璃對(duì)行人頭部保護(hù)