基于正面碰撞力传递路径的轿车车身结构耐撞性研究
基于正面碰撞的轿车车身正向概念设计的研究
ｎ ｓ ｏ ｃ ｐ ｅ ｉｎ ｆ ｒｆｏ ｔ ｍｐ ｃ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔ ｎ ｅ ｕｉａｅ ｔｂｅ ｍ ｌ ｍｅ ｔｍｏ ｅ ．Ａｓ ａ ｒ ｓ ｌ ，ｔ ｅ ｐｒ － ｅ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｓｇ ｒ ｎ ａ ｉ ａ ｔｉ ａ ｒｅ ｕｔｗｉ ａ ｑ ｖ ｌ ｎ ａ ｅｅ ｎ ｄ １ ｏ ｌ ｈ ｅｕｔ ｈ ｅ
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Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｃ ｏ ａｒ ｂ ｄｙ；ｃ ｎｃ ｐ ｅ ｉｎ；ｆ ｏ ａ ｒ ｓ ｏ ｅ ｔ ｄ ｓｇ ｒ ｎｔ ｌｃ ａ ｈ；ｓｍｐｌ ｅ ｂｅ ｍ ｌｍ ｅ ｉ ｉ ｄ ａ ｅｅ ｎｔｍｏｄ １ ｉ ｆ ｅ
微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真与优化设计
摘要微型客车具有经济、小巧、灵活等特点，在我国拥有广泛的市场。
我国的微型客车多为平头或短头结构，前部变形区较短，通常被动安全性较差。
在汽车耐撞性设计中，要求车身结构利用前部吸能区缓冲吸收碰撞动能，同时控制侵入量和车身变形，以保证乘员生存空间。
因此，研究微型客车的结构耐撞性优化设计方法，对改善汽车碰撞安全性、提高产品质量具有非常重要的意义。
本文对某全新开发的微型客车进行了结构耐撞性优化设计研究。
首先进行了正面碰撞仿真分析，针对初始结构设计存在的不足，进行了相应改进设计。
在改进设计中，通过采用延长吸能长度、控制吸能模式、减少方向盘侵入量及增强局部结构刚度等的有效设计方法，来提高客车结构的被动安全性；改进后的整车在实车碰撞试验中一次性地顺利通过了国家正面碰撞安全性法规GB11551-2003。
为了最大限度地提高该款车型的碰撞安全性，同时兼顾轻量化要求，对该车主要吸能部件进行了进一步优化。
优化计算时运用了整车的简化模型以减少计算时间，提高计算效率；结合最优拉丁方试验设计、Kriging代理模型和NSGA-II遗传算法，对板件厚度、结构尺寸、空间布置、焊点间距等多个对结构耐撞性有重要影响的参数进行了优化设计，在提高结构耐撞性的同时实现了主要吸能部件轻量化。
研究结果表明：在微型客车正面碰撞安全性的产品开发中，本文采用的结构优化设计方法是切实可行的，能够快速、经济、有效地解决汽车结构耐撞性优化难题，从而降低产品开发成本、缩短开发周期、提高产品质量。
关键词：微型客车；耐撞性；仿真；代理模型；优化设计AbstractThere is a wide market in china for minibus due to its economical efficiency, mobility and smartness. However, it commonly has poor crashworthiness performance because of the short energy absorption length. In the process of crashworthiness design, the kinetic energy of the vehicle should be absorbed by the front structure, simultaneously, the body deformation should be efficiently controlled to leave living space for passengers. Therefore, Developing a effective structural crashworthiness optimization design method is of significance for the improvement of crashworthiness and the increase of product quality.The vehicle collision is a dynamic process with large displacements and deformations, which could not be expressed explicitly. Confronted with optimum design of crashworthiness, surrogate model technology is commonly used. If the whole vehicle model is adopted for sampling, the calculation resource consuming will be very large. However, when a simplified model rather than the whole vehicle was applied, the computation efficiency will be raised with the reduced computational requirement.This paper studies the crashworthiness optimization design for a new developed minibus. Firstly the 100% frontal impact simulation is conducted. Based on the issues existed in the initial structural design, corresponding improvement schemes are brought out. The design schemes of lengthening the energy absorption structure, reducing the intrusion and increasing the structure stiffness are proposed, by which the crashworthiness performance has been significantly improved and the minibus has smoothly passed the national frontal impact regulation GB11551-2003. In order to improve the crashworthiness as much as possible and to meet the requirement of lightweight design, further researches on the optimal design for principal energy absorption structures are carried out, in which the simplified model rather than the whole vehicle model is used to raise the computation efficiency with the computation time reduced. In the process of design, the optimal Latin hypercube designs, Kring approximation model and NSGA-II genetic algorithm are adopted to optimize the structure parameters, which are critical to the structural crashworthiness. Good results are acquired with the improvement of the vehicle crashworthiness and the reduction of the total weight of the critical energy absorption member.As the research indicates, the method presented in this paper is feasible toimprove the structural crashworthiness of the minibus quickly, economically, and efficiently, which makes important sense to cut the production costs, to shorten the development cycle and to increase the product quality.Key Words: Minibus; Crashworthiness; Simulation; Surrogate Model; Optimization Design目录学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书 (I)摘要........................................................................................................................ I I Abstract . (III)目录 (V)第1章绪论 (1)1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义 (1)1.2 微型客车碰撞安全性研究内容和方法 (2)1.2.1 微型客车碰撞安全性研究内容 (2)1.2.2 微型客车碰撞安全性研究方法 (5)1.3 微型客车结构耐撞性国内外研究现状 (6)1.4 本文主要研究内容 (8)1.5 本文主要创新性工作 (8)第2章微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真分析 (9)2.1 微型客车碰撞有限元法的基本理论 (9)2.2 微型客车正面碰撞有限元模型的建立 (12)2.3 微型客车正面碰撞结构耐撞性分析 (15)2.3.1 加速度分析 (16)2.3.2 整车变形分析 (18)2.4 本章小结 (19)第3章微型客车正面碰撞结构耐撞性改进 (20)3.1 微型客车正面碰撞结构设计策略 (20)3.2 初始结构耐撞性设计中的不足 (21)3.3 结构耐撞性改进 (23)3.3.1 变形区设计改进 (23)3.3.2 不变形区设计改进 (27)3.4 改进后碰撞安全性分析 (30)3.4.1 加速度分析 (30)3.4.2 整车变形分析 (31)3.5 本章小结 (32)第4章微型客车正面碰撞耐撞性与轻量化优化设计 (34)4.1 基于代理模型的优化理论 (34)4.1.1 试验设计 (35)4.1.2 代理模型 (37)4.2 碰撞简化模型的建立 (40)4.3 碰撞安全问题优化流程 (42)4.4 主要吸能部件多目标优化 (43)4.4.1 优化模型建立 (43)4.4.2 优化过程 (44)4.5 优化方案效果验证 (48)4.6 本章小结 (49)总结与展望 (50)参考文献 (52)附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录 (52)附录B攻读硕士学位期间所参加的科研项目 (57)致谢 (58)第1章绪论1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义汽车作为一种交通工具，给人们的日常生活带来了极大地方便。
汽车正面碰撞性能与下车身架构设计
科学技术创新2020.24具，及时对施工质量进行检查确认，对于少量的遗漏之处可以及时修复，提高质量检验的效率和准确性。
3.3.3施工结构的明确。
对于新进车型，在施工前对车内、车底滑槽，风道等结构阻挡部位进行确认，并向所有施工人员进行宣贯，确保施工人员在喷涂时对需要重点找补部位掌握清晰、全面。
3.4回修改善的验证图4试验前后喷涂不严密类回修活比对图如图4，通过试验前后对比发现，空腔内部底漆喷涂不严密现象基本得到了控制。
此类质量问题基本不再出现，回修活降低率达到了预设定的目标，底漆工序产生喷涂不严密类回修活降低了83%。
通过空腔喷涂专用喷枪的应用，检测工具及方法的更新，重点喷涂部位梳理、宣贯以及作业流程优化等措施，车底滑槽喷涂质量得到极大的提升。
4结论4.1因结构原因，腔体内部三面均有铝型材阻挡，腔体内部被阻挡，仅靠现有喷涂泵喷嘴雾化方向难以覆盖全面，同时施工人员在不借助强光手电等工具条件下难以发现喷涂缺陷，是造成喷涂不严密缺陷的主要原因。
4.2根据产生缺陷的原因，针对性的改进喷嘴结构，内腔喷涂专用喷枪出料孔在前后方向均有分布，可确保对空腔各部位沿喷嘴四周及前后均能雾化，喷涂后配合使用强光手电和内窥镜改进质量检测的可达性，同时对特殊结构部位进行强化宣贯，提高内腔结构的喷涂质量意识。
4.3通过改善，本次回修活数量大幅下降，回修数量下降83%，顺利解决了车辆车底、车内空腔结构内部底漆喷涂不严密的质量问题，降低了此类边角、空腔处的缝隙腐蚀隐患，提升了底漆喷涂的整体质量。
参考文献[1]任旭.铁路客车涂料的设计和施工[J].现代涂料与涂装，2010（9）：42-45.[2]魏仁华.铁路车辆用涂料市场发展现状及展望[J].涂料技术与文摘，2011，32（3）：3-8.[3]温景剑，刘锦，徐建.轨道车辆车下紧固件的锈蚀处理与防护[J].科技创新与应用，2018（31）：105-106.[4]靳群英.不锈钢的缝隙腐蚀与防护措施[J].机械管理开发，2003（2）：70-71.[5]曹楚南.腐蚀电化学[J].自然杂志，1983，6（4）：266-270.[6]张晋，张涛，邵亚薇，等.5083和6061铝合金缝隙腐蚀行为的研究[J].腐蚀科学与防护技术，2014，26（2）：125-131.回修活数量汽车正面碰撞性能与下车身架构设计冯先敬（国机智骏汽车有限公司，江苏南京211100）1概述汽车碰撞事故中正面碰撞最为普遍，且造成的人员伤亡最多[1-2]，因此，做好下车身的架构设计，提高汽车正面碰撞性能，对汽车的安全性具有非常重要的意义。
基于两种正面碰撞的轿车耐撞性能仿真与改进研究
基于两种正面碰撞的轿车耐撞性能仿真与改进研究
赵欣超;朱平
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2007(029)010
【摘要】以某轿车为研究对象,建立了整车有限元模型,基于GB 11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》和欧洲正面碰撞法规ECE R94.01进行碰撞数值仿真,针对原车在两种正面碰撞中耐撞性能的不足,提出对主要吸能件进行结构改进与材料替换的方案.仿真计算结果表明,在整车质量仅增加3.05kg的情况下,改进方案使整车在正面100%重叠刚性壁障碰撞中加速度峰值降低了6.1g,在偏置40%重叠可变形壁障碰撞中乘员舱侵入量有明显减小.
【总页数】6页(P842-846,850)
【作者】赵欣超;朱平
【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200030;上海交通大学机械与动力工程学院,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.轿车改进车型的正面碰撞仿真模拟研究 [J], 王亮平;徐立伟;王立春;唐正强
2.基于正面碰撞仿真的轿车关重零件分析及改进 [J], 姜立峰;向东;王洪磊;段广洪
3.轿车追尾碰撞仿真及结构耐撞性改进研究 [J], 朱平;肖国锋;张宇;施欲亮
4.轿车正面碰撞仿真与结构改进 [J], 王珏;韩忠浩
5.基于正面耐撞性仿真的轿车车身材料轻量化研究 [J], 朱平;张宇;葛龙;林忠钦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
轿车结构耐撞性分析与改进
２ 汽车结构 耐撞性与设计原则
从力学观点来看 ， 、 、 车 船 飞机 等交通工具都是运 动的结构
物， 这种作用于运动结构物的碰撞或 由运动结构 物引起 的碰撞 ， 形 行程 ， 而且在变形前不占据过大 的空间 ， 变形后不造成次生破 例如侵穿或碎片飞裂等 ） ； 都对结构设计提出了一个特别的要求 ， 就是结构的耐撞性 。 在工 坏（ 程实际 中， 汽车结构 耐撞性 主要关 心结构在碰撞 中所 吸收的总 控制碰撞减速度 的 ， 以及结构变形和破坏的具体模 式， 最终 目的 （） ５ 由于节能等的要求 ， 装置在汽车 上的能量吸收结构应该
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第６ 期
马琳琳 等 ： 车 结构耐撞 性 分析 与 改进 轿
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图 １纵梁前端方孔位置
３２ 化 纵梁前 端 引导 筋的 布置 ＿优
将第一条筋的位置前 移 ， 形成均布的引导筋 ， 以达到纵 梁前 端出现压溃变形并吸收更多碰撞 能量的 目的 ， 如图 ２所示 。
重要 的结构部位加 以保护｝ ｌ １ 。汽车结构耐撞性 为两种不 同情况 ：
（ ） 车 产 品 的耐 撞 性 设 计 问 题 ； １汽
３吸 能 结 构 的 改进
通过对汽车结构进行最小 的改动 ， 达到提高耐撞性的 目的。 纵梁是在车辆发生正 面碰撞时 ， 继保险杠总成压溃失效后 ， 产生
具有 良好 “ 比吸能” 即单位质量所吸收能量较高 ； ， 能量 ， 同时 ， 还要研究结构在 撞击下特性细节 ， 包括结构是如何 质 量较轻 ， （） ６ 能量吸收装置 通常是一次性使用结 构 ， 应该 成本低廉 ，
。 并不要求结构在撞击时毫无损伤 ， 而是要求对它运载 的人员和 易 于制 造 和 更 换 翻
纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法
纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法黄敏;雷正保;孙汉正;陈小勇【摘要】为了解决纯电动汽车正面碰撞安全性差的问题,文章提出了一种综合考虑5种典型碰撞工况下整车优化区域以及动力电池布置分析的多目标耐撞性拓扑优化方法.基于混合元胞自动机(hybrid cellular au-tomata,HCA)算法,耐撞性拓扑优化以单元相对密度为设计变量、结构内能密度分布统一为目标,运用固体各向同性微结构材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization model,SIMP)下的变密度法进行材料分布;迭代收敛后,最终得到了传力路径优越、构型明朗清晰的耐撞性车身结构,同时得到符合整车性能要求的吸能纵梁形状.对优化后的整车模型进行的耐撞性验证表明,该优化结构让碰撞加速度与结构变形量同步最优化,大大增加了纯电动汽车正面碰撞的安全性,优化出的抗撞结构为纯电动汽车正面耐撞性设计提供了一定的参考.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)001【总页数】6页(P7-12)【关键词】拓扑优化;纯电动汽车;耐撞性;传力路径;抗撞结构【作者】黄敏;雷正保;孙汉正;陈小勇【作者单位】长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙 410114【正文语种】中文【中图分类】U469.722纯电动汽车在整车结构布置、质量分布、动力储能系统方面与传统内燃机汽车有着很大差异,使得纯电动汽车碰撞的安全性设计成为一个难点[1-2]。
吸能纵梁是汽车车身结构的主要承载和碰撞安全防护部件,对纵梁形状优化设计是改善正面碰撞结构耐撞性、降低碰撞损伤的关键。
因此,为提升纯电动汽车正面碰撞安全性,对纯电动汽车纵梁优化显得尤为重要。
车身结构正面抗撞性
车身结构正面抗撞性发布时间：2021-07-26T16:11:02.780Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：王瑶[导读] 摘要：当今世界每年因汽车交通事故造成了巨大的人员伤亡和社会财产损失，汽车安全问题因此成为汽车工业界的研究重点。
身份证号码：32072119910108XXXX 摘要：当今世界每年因汽车交通事故造成了巨大的人员伤亡和社会财产损失，汽车安全问题因此成为汽车工业界的研究重点。
由于汽车正面碰撞是最常见的交通事故之一，而且正面碰撞事故中造成的死亡人数占首位，因此，汽车正面碰撞抗撞性研究是汽车碰撞安全研究的核心内容。
通过CAE仿真分析，可以对车身结构设计的合理性与有效性进行验证，提高车辆的被动安全性能。
关键词：CAE分析；正面碰撞；抗碰性能引言世界卫生组织2004年的研究表明，全世界每天大约有3000人死于交通事故。
在我国，随着交通道路的迅速发展和汽车保有量的增多，交通事故次数和死亡人数也大幅上升。
我国已成为汽车大国，随着EuroNCAP和CNCAP在中国认知度的提升，人们对于车辆安全性的重视程度也越来越高。
汽车安全性分为主动安全性和被动安全性。
对于车身结构而言，其被动安全性研究主要包括车体抗撞性、行人保护及车室内部保护等内容。
其中，车体抗撞性研究包括车身结构特性、车身材料、能量管理、波形控制等。
汽车碰撞又分为正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞等。
现在对车身结构正面抗撞性做简要论述。
1正面碰撞事故模式归类通过实际事故调查分析，正面碰撞模式可以从碰撞接触形式、碰撞速度两方面进行划分，碰撞接触形式分为正面壁障、左倾斜左偏置、右倾斜右偏置、左倾斜右偏置、右倾斜左偏置等共计23种；碰撞速度主要分成10m/h、15m/h、22m/h、25m/h、30m/h、35m/h、40m/h 七种等级。
目前主机厂所能实现的碰撞形式只占实际事故的2%。
正面碰撞中的几个典型物理量，如能量、位移、速度、加速度等与时间的关系，以及它们之间的相互关系，构成了正面碰撞的各种动力学模式。
基于两种正面碰撞的轿车耐撞性能仿真与改进研究
碰撞试验和偏置 ４ ％重叠可变形壁障 （０ Ｏ Ｂ ０ ４％ Ｄ ） 碰撞试验都有严格的评分规则 。 １０ Ｒ ０ ％ Ｂ和 ４ ％ Ｏ Ｂ正 面碰撞 试 验 具有 很 好 ０ Ｄ 的相互补充 的作用 ， 它们 分别考核 整车耐撞 性能的 不 同方面。整车在一种 正面碰撞 中表现较好 ， 并不 能说 明在 另 一 种 正 面 碰 撞 中也 具 有 较 好 的 耐 撞 性 能 。在 １０ Ｒ ０ ％ Ｂ碰撞 中乘员舱冲击加速度较大 ， 巨 大的惯性力是造成乘员 伤亡的主要 因素 ， 以对整 所 车碰撞加速度的限制要求较高。在 ４ ％ Ｏ Ｂ碰撞 ０ Ｄ 中， 车身只有一侧参 与碰撞 ， 前部结 构变形较大 ， 更 容易致使零部件侵入乘员舱 而导致乘 员的伤亡 ， 所 以着重考察车身结构 的变形特性 。结合两种正面碰 撞研究整车的耐撞性能 ， 对提高整车在两种正面碰
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程 ２０ （ ｏ．９ Ｎ ．０ ０ ７ Ｖ １２ ） ｏ １
２０ ０ ７年 （ ２ 第 ９卷 ） １ 第 ０期
２ Ｏ ９ Ｏ ７１ ５
基于两种 正面碰撞 的轿 车耐撞 性能仿 真与改进研究
赵欣 超 ， 朱 平
（ 上海 交通 大学机械 与动 力工程 学院， 上海 ２ ０ ３ ） ００ ０
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