基于行人頭部保護和剛度要求的發(fā)動機罩內(nèi)板優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著我國汽車保有量的逐年增加,在汽車碰撞事故中弱勢行人受到的傷害隨之增多,其中頭部損傷是造成行人死亡的主要原因。在人-車碰撞事故中,頭部主要的接觸區(qū)域是發(fā)動機罩,因此發(fā)動機罩優(yōu)化設(shè)計需要考慮行人保護以降低頭部傷害。同時,發(fā)動機罩設(shè)計需要滿足不同工況下的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度要求。
　　現(xiàn)有的研究工作,多數(shù)是單純從提高行人頭部保護性能或者改善靜態(tài)剛度出發(fā),對發(fā)動機罩進行改進設(shè)計,二者分開、獨立進行,缺乏一種有效的方式將這兩種設(shè)計要求同時融入

2、到發(fā)動機罩的設(shè)計工作中。針對上述問題,本文提出了一種基于行人頭部保護和靜態(tài)剛度的發(fā)動機罩內(nèi)板多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計方法,耦合以上兩種設(shè)計要求對發(fā)動機罩進行優(yōu)化設(shè)計。由于發(fā)動機罩對兒童更容易造成傷害,本文針對兒童頭型撞擊發(fā)動機罩開展分析。
　　首先,本文根據(jù)GB/T24550—2009《汽車對行人的碰撞保護》中對于兒童頭型沖擊器的設(shè)計要求,開發(fā)了相應(yīng)的LS-DYNA兒童頭部碰撞有限元模型。通過法規(guī)中對于頭模質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量的要求,確定了

3、幾何模型的關(guān)鍵尺寸。利用響應(yīng)面優(yōu)化法得到了材料關(guān)鍵參數(shù),從而滿足法規(guī)中兒童頭型的跌落加速度和頻率要求。最后,通過對該有限元模型進行仿真驗證,表明模型滿足法規(guī)要求,并將其用于后續(xù)的兒童行人保護研究。
　　采用LS-DYNA、MSC NASTRAN與ENKIBONNET分別作為碰撞仿真、剛度分析和參數(shù)優(yōu)化的工具。在前期開發(fā)的兒童頭型沖擊器有限元模型的基礎(chǔ)上,針對某款發(fā)動機罩,進行了靜態(tài)剛度分析和針對某個撞擊點的行人頭部碰撞分析。對該發(fā)

4、動機罩內(nèi)板進行參數(shù)化設(shè)計和優(yōu)化,優(yōu)化過程耦合了行人頭部保護和靜態(tài)剛度分析要求。仿真模型建立后,進行了碰撞和剛度分析;將內(nèi)板優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)榛贑AE的參數(shù)化設(shè)計,得到優(yōu)化設(shè)計方案;利用響應(yīng)面法作為最優(yōu)化方法,結(jié)合遺傳優(yōu)化算法確定了發(fā)動機罩設(shè)計的優(yōu)化參數(shù)。結(jié)果表明,優(yōu)化方案對于行人頭部保護的效果提升明顯,從而驗證了該多學(xué)科優(yōu)化方法的可行性,為發(fā)動機罩內(nèi)板的優(yōu)化設(shè)計提供了可借鑒的方法。
　　最后,進行了鋁質(zhì)發(fā)動機罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)的正向概念性設(shè)計。