[工学]机电装备系毕业设计附页格式1.doc

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1、山东职业学院毕业设计（论文）汽车的碰撞分析在汽车碰撞过程中，同一部位在不同碰撞冲击中造成的损伤不同。例如，在一次汽车碰撞过程中，冲击力以垂直和侧向角度撞击汽车的右前翼子板，冲击合力可以分解为两个分力，水平分力和侧向分力。这两个力都被汽车零件所吸收。水平分力使汽车右前翼子板变形方向指向发动机罩中心，侧向分力使汽车右前翼子板向后变形。这些分力的大小及对汽车造成的伤害与碰撞角度有关.水平分力通过水箱框架传递给左侧纵梁，间接造成左侧纵梁变形。所以正确的受力分析对搞好车损评估，减少遗漏至关重要。汽车安全性是现代汽车设计的基本出发点之一，1，为了提高汽车的安全性 ,人们采用了各种各样的主动和被动全措施，但

2、是车辆的碰撞是不可避免的 ,所以车辆本身的碰撞特性才是最终的安全性能决定因素,通过研究现有结构的碰撞动态特性 ,改进车辆结构 ,达到最佳的吸能,特性 ,从而提高车辆的安全性,目前 ,国内研究无论模拟还是实验都以车架碰撞研究为主 ,但有其局限性 ,因此开展整车碰撞特性研究具有重要的意义、研究中采用、大型非线性、有限元计算 软件ANS YS/ LS DYNA 3D ,以某型小型客车为原型 ,重点考虑车架 、车身 、保险杠 ,以及发动机和车轮 ,把其他部分作为集中质量加载车架和车身上，通过计算 得出了碰撞过程的位移量 、撞击力 、加速度、能量吸收等量的时间历程曲线 ,分析这些曲线即可对车辆的碰撞安全

3、特性进行评估、通过观察碰撞变形图可以知道车辆各处的变形形式和变形结果 ,从而进行改进 图一计算模型是以某型小型客车为原型建立的由于接触和吸能的主要部件是车架、车身和保险杠 ,因此 重点考虑以上 3 部分 ,附加发动 机和车轮 ,把其他部分作为集中质量加在车架和车身及发动机上面通过 ANS YS 的前 处理 软件生 成CAD 模型 ,模型如图 1 所示加入所需接触条件 、约束条件和初始条件 ,并生成 LS - D YNA3D 所需输入条件 整个模型共采用 了4 种 单元类 型 ,4 种 材料 , 划分了 9 8 0 0 个单元 ,9 300 个节点，模型主要使用板壳单元，鉴于车身只吸收很小一部分

4、能量 ,为节省计算量 ,车身后部使用梁单元简化 1 参照美国联邦机动车安全法规 FMVSS 208 及国标 GB/ T 11551 89 的要求 ,模拟该车以 48 . 3 km/ h 的初速度正面撞击刚性墙 1 计算后以 ANSYS 的通用后处理软件和时间历程后处理软件进行后处理 ,得出各时刻碰撞变形图、应力图等和碰撞过程的各种时间历程曲线 12 计算结果及分析模拟计算得到的变形序列图如图 21 图中给出了各时刻的变形情况图 3 给出了碰撞的时间历程 :变形、速度 、加速度及吸能特性碰撞参数碰撞时间在 50 ms ,撞击力有 85G，加速度在20 ms 时刻达到峰值后 ,大约到 50 ms

5、时刻迅速降至 01 据以前国内外公布的数据 ,达到碰撞安全标准的实验中 ,一般的碰撞过程都在 80 ms 以上 ,碰撞峰值在 60 ms 之后出现 1 因此 ,可以说本实验中的客车耐撞性较差 ,亟待改善 1 究其原因 ,国外的车辆碰撞研究已经有几十年的历史 ,在其设计阶段已经融入了安全性设计思想 ,所以制造出来的汽车当然耐撞性能比较好 ;而国内的研究才刚起步 ,更不要说在实际中的应用 ,鉴于我国制造业长期使用大安全系数的强度设计准则 ,因此该车从部件到整车刚度明显偏大 ,造成其碰撞安全性能不好从质心位移曲线可以看到 ,整体位移只有 30 cm可以说变形很小 ,说明该车整体刚度太大 ,需要削弱碰

6、撞时间非常短暂 ,大大超过了人的反应速度 ,人往往还没有反应过来 ,碰撞就已经结束也就是说 ,在碰撞过程中 ,是不可能靠人自己采取措施保护自己的 ,必须从主动安全和被动安全两个方面考虑 ,提供保护措施,撞 击力是 车重 的 85倍 ,远大于地面力,因此 ,在碰撞过程中地面力是可以完全忽略不计的,撞击力达到零以后 ,一般所说的碰撞过程就算结束,碰撞时间是如此短 , 撞击力是如此大 ,这种情况对于乘员是十分危险的因此 ,该车结构必须大做改动才可能达到汽车安全标准变形特性最大位移 30 cm , 这比起国内外公布的数据7080 cm 甚至超过 1 00 cm ,变形实在太小试验用车与文献 5 中的车

7、为同一车型 ,文献中的车架碰撞位移为 54 cm ,加速度为 62g图 4a 是整 车中抽取的车架变形图 ,图 4b 是文献 5 中的车架变形图 1两图相比 ,变形相差较大 ,可见部件碰撞与整车碰撞结果可能相差很远 ,受撞部件的塌 陷模式和对碰撞能量的吸收都有很大区别,并不能互相代替然而 ,如文献 6 所指出 ,两种情况下的趋势是相同的 ,两种研究可以并行不悖因此 ,可以采用对关键部件单独优化的方法减少成本 ,这对于我国的汽车制造业尤其适用质心和最后横梁的位移曲线完全重合在一起 ,说明变形主要集中接触区周围 ,吸能变形主要在车体前部 ,后部基本不吸能变形这是符合实际的 。所以 ,碰撞安全设计时

8、应该重点放在汽车前部。在碰撞过程中 ,保险杠及其连接部分一开始就被完全压溃 ,没有吸收多少能量 ,未起到缓冲作用 ,这也真实地反映了国产车的保险杠吸能性能较差由于连接的压溃 , 使得能量未能在前20 ms 传到车架上 , 因此建议连接处加装 具有缓冲吸能功能的装置。车身前围产生大变形 ,横梁被压溃 ,前 20 m s即峰值出现之前的能量大都被前围所吸收车架在2 0 ms之后才开始吸能变形 , 而此时碰撞能量已经损失了一半多 ,因此 ,车图二整车变形图形图三时间历程曲线图四前立柱变形图a碰撞前 b碰撞后 架在整个碰撞过程中。吸能不是很多 ,这种吸能方式是不理想的因此应当削弱前围刚度 ,使车架早一点参与碰撞 ,使车架吸收多一些的碰撞能量图 5 为碰撞前后前立柱变形图 1 图 6 为碰撞前后乘客门前立柱变形图及其上端和中部的相对位移曲线。两根前立柱和前围横梁连接处太脆弱 ,碰撞后折断 ,使得前围全部惯到碰撞接触面 1 车身侧围纵梁刚度太大 ,变形很小 ,当车身中下部碰撞 ,车顶向前惯性移动时 ,乘客门产生了较大变形 ,它的前立柱有 37 cm 纵向弯折达不到安全法规的要求。汽车碰撞损伤的类型及评估-10第 页