汽車側圍結構抗柱撞設計理論與方法研究.pdf

1、本課題得到國家自然科學基金項目(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)嚴峻。相關數(shù)據統(tǒng)計顯示，汽車側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)生的側面碰撞事故。由于汽車側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)域車身結構剛度薄弱等原因，乘員會面臨極大的損傷死亡風險。因此，該碰撞形式對車身側圍結構的抗柱

2、撞設計提出了非常高的要求。
　　針對上述問題，本文首先對側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化過程和假人損傷機理，為后續(xù)的車身側圍抗柱撞結構設計提供理論基礎。首先建立整車側面柱碰撞有限元仿真模型，在經過模型有效性驗證的前提下，對整車側面柱碰撞仿真結果中的車身壓潰變形、各部件吸能情況、車體加速度響應、碰撞力傳遞路徑以及側圍結構侵入等耐撞性指標進行研究，得出車體抗側面柱撞耐撞性改進設計的方向和原則

3、，并且對門檻梁、B柱、頂蓋橫梁、座椅橫梁等關鍵受力吸能部件提出改進方案，有效提高了車身側面柱碰撞耐撞性。在此基礎上，提出一種結合結構拓撲優(yōu)化和多目標參數(shù)優(yōu)化的車身抗柱撞耐撞性設計方法，并將其應用于車門的抗柱撞優(yōu)化設計。通過力學計算將車門柱碰撞和車門剛度試驗中的動力學問題轉化為靜力學問題，采用靜力學結構拓撲優(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構，通過多目標參數(shù)優(yōu)化使防撞梁同時具備最佳的抗柱撞性能、最輕

4、的質量和最大的結構剛度。提出一種基于正交試驗敏感度分析方法的材料匹配設計方法，并將其應用于車身側圍關鍵部件的材料匹配，通過分析結構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。
　　論文研究結果表明:從車身結構和材料出發(fā)，采用合適的結構優(yōu)化設計方法和材料匹配方法進行改進設計可以有效提高汽車抗側面柱撞性能。本文提出的考慮汽車側面柱碰撞形式的車身結構改進設計方案能夠有