基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析課件

基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析

汽車工程系楊兆

2006-10-26基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析汽車工程系1項(xiàng)目的研究意義汽車安全問題是當(dāng)今汽車發(fā)展的四大主題之首位。汽車被動安全性技術(shù)是汽車安全性研究的重要內(nèi)容。

在車輛交通事故中，正面碰撞事故占事故總量的一半左右。

提高汽車車身結(jié)構(gòu)的安全性是汽車問世以來最重要的研究課題之一。提高汽車結(jié)構(gòu)的安全性，既使汽車碰撞部位的塑性變形盡量大，吸收較多的碰撞能量，降低汽車減速度的峰值，盡量減少一次碰撞的強(qiáng)度。

項(xiàng)目的研究意義汽車安全問題是當(dāng)今汽車發(fā)展的四大主題之首位。汽2當(dāng)汽車發(fā)生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區(qū)”的塑性變形來吸收碰撞時的動能，其中主要是端部底架結(jié)構(gòu)的大變形來緩和沖擊和吸收沖擊動能。對于車架汽車端部底架結(jié)構(gòu)上的前縱梁是主要的吸能構(gòu)件。研究結(jié)果表明在汽車前部縱向碰撞事故中，70%以上的汽車沖擊動能必須由縱梁承受才能保證乘坐室的完整性與小變形性。因此，縱梁的吸能能力極為關(guān)鍵。而前縱梁前端的結(jié)構(gòu)的吸能特性和變形模式，決定著車身在撞擊時的加速度的響應(yīng)，對乘員保護(hù)來說有著非常重要的作用。

當(dāng)汽車發(fā)生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區(qū)”的塑性變3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于汽車被動安全性的研究主要從實(shí)車碰撞試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)兩種方法進(jìn)行。國外采用系列軟件對車輛建立有限元模型，用于分析車輛在碰撞過程中，車身和局部的變形狀態(tài)，找出位移、速度、加速度和能量變化的關(guān)系，用于評價車輛的被動安全性能。被動安全發(fā)展趨勢:其一、車內(nèi)外的全面保護(hù)；其二、被動安全保護(hù)裝置的智能化。本研究結(jié)合了當(dāng)前被動安全的發(fā)展趨勢，從保護(hù)成員的安全和智能化要求為目標(biāo)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)車輛被動安全的合理改進(jìn)。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于汽車被動安全性的研究主要從實(shí)車碰撞試驗(yàn)和計(jì)4研究目標(biāo)與解決的關(guān)鍵問題基于有限元方法，對汽車發(fā)生高速碰撞時，汽車前縱梁上安裝吸能緩沖裝置的吸能特性進(jìn)行分析。并確立吸能緩沖機(jī)構(gòu)的形式與尺寸。其中主要涉及的關(guān)鍵問題有：模型的建立問題、有限元分析問題（網(wǎng)格劃分與邊界條件建立）、材料選擇問題以及尺寸確定問題。

研究目標(biāo)與解決的關(guān)鍵問題基于有限元方法，對汽車發(fā)生高速碰撞時5研究內(nèi)容理想的縱梁設(shè)計(jì)應(yīng)該充分利用許可變形，配合端部底架結(jié)構(gòu)上的其他部件，吸收汽車碰撞中的絕大部分動能，并使車身產(chǎn)生對人體傷害最小的碰撞力波形。根據(jù)上面設(shè)想，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：1、吸能結(jié)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)；2、實(shí)體模型建立，仿真模型建立，動態(tài)仿真分析，得出高速碰撞下吸能緩沖裝置的速度、加速度與能量損失的關(guān)系；3、優(yōu)化吸能裝置尺寸結(jié)構(gòu)。原理示意圖研究內(nèi)容理想的縱梁設(shè)計(jì)應(yīng)該充分利用許可變形，配合端部底架結(jié)構(gòu)6擬采取的方法

通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁進(jìn)行模型建立與碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。設(shè)計(jì)吸能緩沖裝置，并將吸能緩沖裝置在前縱梁中應(yīng)用，分析起吸能特性。經(jīng)過分析之后得到吸能特性曲線和碰撞減速度曲線，通過改變相應(yīng)參數(shù)優(yōu)化吸能緩沖裝置，使其在實(shí)際中得到應(yīng)用。

擬采取的方法通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁7有限元模型仿真模型加速度與能量圖有限元模型仿真模型加速度與能量圖8技術(shù)路線技術(shù)路線圖技術(shù)路線技術(shù)路線圖9可行性分析（1）從項(xiàng)目研究的目的意義上分析立項(xiàng)是必要的、可行的。本項(xiàng)目對于汽車安全性的研究具有重要的意義。（2）從項(xiàng)目的應(yīng)用前景、學(xué)術(shù)價值上分析立項(xiàng)是可行的。本項(xiàng)目順應(yīng)當(dāng)前汽車安全性研究的熱點(diǎn)，對于車輛碰撞安全性具有一定的應(yīng)用價值。（3）從現(xiàn)有條件和課題成員技術(shù)實(shí)力上分析本項(xiàng)目的研究是可行的。課題組成員職稱、年齡結(jié)構(gòu)合理，對于此項(xiàng)研究有深入的基礎(chǔ)，在試驗(yàn)條件和設(shè)備上能夠很好滿足研究需要。

可行性分析（1）從項(xiàng)目研究的目的意義上分析立項(xiàng)是必要的、可行10本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處

（1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝置，在汽車發(fā)生高速碰撞時，碰撞力通過前保險(xiǎn)杠直接作用該裝置上，吸收巨大的碰撞能量，使汽車碰撞過程中的變形區(qū)域控制在該吸能裝置壓縮行程之內(nèi)，使汽車的破壞程度最小化。（2）根據(jù)車速的變化自動調(diào)整吸能能力，保證碰撞過程中平穩(wěn)，給成員提供最優(yōu)的安全保護(hù)。本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處（1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝11研究進(jìn)展2006.12.01—2007.04.30對新的吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立模型，并驗(yàn)證可行性；2007.05.01—2007.12.30建立新的車架前縱梁結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行吸能特性分析；2008.01.01—2008.08.30對比原始與加裝吸能結(jié)構(gòu)的車架前縱梁的吸能特性；2008.09.01—2008.11.30整理結(jié)題報(bào)告，準(zhǔn)備結(jié)題，結(jié)題。研究進(jìn)展2006.12.01—2007.04.30對新的吸12經(jīng)費(fèi)預(yù)算

序號使用項(xiàng)目金額（元）1調(diào)研費(fèi)1500.002差旅費(fèi)1000.003文章版面費(fèi)1500.004易耗品500.005其它500.00合計(jì)￥5000.00經(jīng)費(fèi)預(yù)算序號使用項(xiàng)目金額（元）1調(diào)研費(fèi)1500.002差旅13現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)

1、本課題主持者主要從事汽車被動安全性分析研究，讀研究生期間主要研究內(nèi)容為交通事故快速再現(xiàn)方法研究；2、發(fā)表相關(guān)論文：（1）楊兆，雷正保，周宇.碰撞事故再現(xiàn)的快速仿真.長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，3（1）（2）楊兆，雷正保.基于ADAMS仿真求解集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)作業(yè)穩(wěn)定系數(shù).港口裝卸，2005，6（3）雷正保，楊兆.汽車護(hù)欄碰撞系統(tǒng)的安全性研究.汽車工程，2006，28（2）（4）雷正保，楊兆.三波護(hù)欄的耐撞性研究.公路交通科技，2006，23（7）（5）雷正保，楊兆.汽車撞擊護(hù)欄時乘員的安全性研究.振動與沖擊，2006，25（2）（6）周宇，雷正保，楊兆.基于預(yù)變形控制理論的汽車前縱梁仿真設(shè)計(jì).長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，2（4）3、課題組搜集和查閱了大量相關(guān)資料，并熟悉相應(yīng)仿真軟件的使用。現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)1、本課題主持者主要從事汽車被動安全性分析研14預(yù)期目標(biāo)與研究成果形式通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁進(jìn)行模型建立與碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。設(shè)計(jì)吸能緩沖裝置，并將吸能緩沖裝置在前縱梁中應(yīng)用，分析起吸能特性。經(jīng)過分析之后得到吸能特性曲線和碰撞減速度曲線，通過改變相應(yīng)參數(shù)優(yōu)化吸能緩沖裝置，使其在實(shí)際中得到應(yīng)用。1、在全國期刊上發(fā)表相關(guān)論文1-2篇；2、指導(dǎo)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2人；3、提供科研總結(jié)報(bào)告1份。

預(yù)期目標(biāo)與研究成果形式通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某15敬請各位專家指導(dǎo)、斧正謝謝?。?！敬請各位專家指導(dǎo)、斧正謝謝?。。?6基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析

汽車工程系楊兆

2006-10-26基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析汽車工程系17項(xiàng)目的研究意義汽車安全問題是當(dāng)今汽車發(fā)展的四大主題之首位。汽車被動安全性技術(shù)是汽車安全性研究的重要內(nèi)容。

在車輛交通事故中，正面碰撞事故占事故總量的一半左右。

提高汽車車身結(jié)構(gòu)的安全性是汽車問世以來最重要的研究課題之一。提高汽車結(jié)構(gòu)的安全性，既使汽車碰撞部位的塑性變形盡量大，吸收較多的碰撞能量，降低汽車減速度的峰值，盡量減少一次碰撞的強(qiáng)度。

項(xiàng)目的研究意義汽車安全問題是當(dāng)今汽車發(fā)展的四大主題之首位。汽18當(dāng)汽車發(fā)生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區(qū)”的塑性變形來吸收碰撞時的動能，其中主要是端部底架結(jié)構(gòu)的大變形來緩和沖擊和吸收沖擊動能。對于車架汽車端部底架結(jié)構(gòu)上的前縱梁是主要的吸能構(gòu)件。研究結(jié)果表明在汽車前部縱向碰撞事故中，70%以上的汽車沖擊動能必須由縱梁承受才能保證乘坐室的完整性與小變形性。因此，縱梁的吸能能力極為關(guān)鍵。而前縱梁前端的結(jié)構(gòu)的吸能特性和變形模式，決定著車身在撞擊時的加速度的響應(yīng)，對乘員保護(hù)來說有著非常重要的作用。

當(dāng)汽車發(fā)生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區(qū)”的塑性變19國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于汽車被動安全性的研究主要從實(shí)車碰撞試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)兩種方法進(jìn)行。國外采用系列軟件對車輛建立有限元模型，用于分析車輛在碰撞過程中，車身和局部的變形狀態(tài)，找出位移、速度、加速度和能量變化的關(guān)系，用于評價車輛的被動安全性能。被動安全發(fā)展趨勢:其一、車內(nèi)外的全面保護(hù)；其二、被動安全保護(hù)裝置的智能化。本研究結(jié)合了當(dāng)前被動安全的發(fā)展趨勢，從保護(hù)成員的安全和智能化要求為目標(biāo)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)車輛被動安全的合理改進(jìn)。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于汽車被動安全性的研究主要從實(shí)車碰撞試驗(yàn)和計(jì)20研究目標(biāo)與解決的關(guān)鍵問題基于有限元方法，對汽車發(fā)生高速碰撞時，汽車前縱梁上安裝吸能緩沖裝置的吸能特性進(jìn)行分析。并確立吸能緩沖機(jī)構(gòu)的形式與尺寸。其中主要涉及的關(guān)鍵問題有：模型的建立問題、有限元分析問題（網(wǎng)格劃分與邊界條件建立）、材料選擇問題以及尺寸確定問題。

研究目標(biāo)與解決的關(guān)鍵問題基于有限元方法，對汽車發(fā)生高速碰撞時21研究內(nèi)容理想的縱梁設(shè)計(jì)應(yīng)該充分利用許可變形，配合端部底架結(jié)構(gòu)上的其他部件，吸收汽車碰撞中的絕大部分動能，并使車身產(chǎn)生對人體傷害最小的碰撞力波形。根據(jù)上面設(shè)想，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：1、吸能結(jié)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)；2、實(shí)體模型建立，仿真模型建立，動態(tài)仿真分析，得出高速碰撞下吸能緩沖裝置的速度、加速度與能量損失的關(guān)系；3、優(yōu)化吸能裝置尺寸結(jié)構(gòu)。原理示意圖研究內(nèi)容理想的縱梁設(shè)計(jì)應(yīng)該充分利用許可變形，配合端部底架結(jié)構(gòu)22擬采取的方法

通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁進(jìn)行模型建立與碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。設(shè)計(jì)吸能緩沖裝置，并將吸能緩沖裝置在前縱梁中應(yīng)用，分析起吸能特性。經(jīng)過分析之后得到吸能特性曲線和碰撞減速度曲線，通過改變相應(yīng)參數(shù)優(yōu)化吸能緩沖裝置，使其在實(shí)際中得到應(yīng)用。

擬采取的方法通過實(shí)體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁23有限元模型仿真模型加速度與能量圖有限元模型仿真模型加速度與能量圖24技術(shù)路線技術(shù)路線圖技術(shù)路線技術(shù)路線圖25可行性分析（1）從項(xiàng)目研究的目的意義上分析立項(xiàng)是必要的、可行的。本項(xiàng)目對于汽車安全性的研究具有重要的意義。（2）從項(xiàng)目的應(yīng)用前景、學(xué)術(shù)價值上分析立項(xiàng)是可行的。本項(xiàng)目順應(yīng)當(dāng)前汽車安全性研究的熱點(diǎn)，對于車輛碰撞安全性具有一定的應(yīng)用價值。（3）從現(xiàn)有條件和課題成員技術(shù)實(shí)力上分析本項(xiàng)目的研究是可行的。課題組成員職稱、年齡結(jié)構(gòu)合理，對于此項(xiàng)研究有深入的基礎(chǔ)，在試驗(yàn)條件和設(shè)備上能夠很好滿足研究需要。

可行性分析（1）從項(xiàng)目研究的目的意義上分析立項(xiàng)是必要的、可行26本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處

（1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝置，在汽車發(fā)生高速碰撞時，碰撞力通過前保險(xiǎn)杠直接作用該裝置上，吸收巨大的碰撞能量，使汽車碰撞過程中的變形區(qū)域控制在該吸能裝置壓縮行程之內(nèi)，使汽車的破壞程度最小化。（2）根據(jù)車速的變化自動調(diào)整吸能能力，保證碰撞過程中平穩(wěn)，給成員提供最優(yōu)的安全保護(hù)。本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處（1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝27研究進(jìn)展2006.12.01—2007.04.30對新的吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立模型，并驗(yàn)證可行性；2007.05.01—2007.12.30建立新的車架前縱梁結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行吸能特性分析；2008.01.01—2008.08.30對比原始與加裝吸能結(jié)構(gòu)的車架前縱梁的吸能特性；2008.09.01—2008.11.30整理結(jié)題報(bào)告，準(zhǔn)備結(jié)題，結(jié)題。研究進(jìn)展2006.12.01—2007.04.30對新的吸28經(jīng)費(fèi)預(yù)算

序號使用項(xiàng)目金額（元）1調(diào)研費(fèi)1500.002差旅費(fèi)1000.003文章版面費(fèi)1500.004易耗品500.005其它500.00合計(jì)￥5000.00經(jīng)費(fèi)預(yù)算序號使用項(xiàng)目金額（元）1調(diào)研費(fèi)1500.002差旅29現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)

1、本課題主持者主要從事汽車被動安全性分析研究，讀研究生期間主要研究內(nèi)容為交通事故快速再現(xiàn)方法研究；2、發(fā)表相關(guān)論文：（1）楊兆，雷正保，周宇.碰撞事故再現(xiàn)的快速仿真.長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，3（1）（2）楊兆，雷正保.基于ADAMS仿真求解集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)作業(yè)穩(wěn)定系數(shù).港口裝卸，2005，6（3）雷正保，楊兆.汽車護(hù)欄碰撞系統(tǒng)的安全性研究.汽車工程，2006，28（2）（4）雷正保，楊兆.三波護(hù)欄的耐撞性研究.公路交通科技，2006，23（7）（5）雷正保，楊兆.汽車撞擊護(hù)欄時乘員的安全性研究.振動與沖擊，2006，25（2）（6）周宇，雷正保，楊兆.基于預(yù)變形控制理論的汽車前縱梁仿真設(shè)計(jì).長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，2（4）3、課題組搜集和查閱了大量相關(guān)資料，并熟悉相應(yīng)仿真軟件的使用?，F(xiàn)有的工作基礎(chǔ)