文獻(xiàn)綜述- 基于碰撞安全性的轎車車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計

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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻(xiàn)綜述 論文(設(shè)計)題目 基于碰撞安全性的轎車車身 結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計 作者所在系別 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 講師 完 成 時 間 2017 年 3 月 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻(xiàn) 綜 述 輕量化車身設(shè)計 摘要：本課題是基于碰撞的安全性，對轎車的車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計。論文以某轎車為例，在保證剛度和模態(tài)的前提下，以車身質(zhì)量最小化為優(yōu)化目標(biāo)

2、，對車身零件的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計計算，根據(jù)零件的可制造性和加工成本對優(yōu)化的零件厚度進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)用有限元分析方法對轎車的正面碰撞進(jìn)行模擬計算，對輕量化的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行對比分析，根據(jù)碰撞結(jié)果對優(yōu)化的車身零件厚度進(jìn)行調(diào)整，使輕量化的車身滿足碰撞安全性的要求。 關(guān)鍵詞：輕量化設(shè)計、車身碰撞、安全性、模擬 Abstract: This topic is based on the safety of the collision, the lightweight design of car body structure. Paper by a car as an example, on the premis

3、e of guarantee the stiffness and modal, body quality minimizing the optimization goal, to optimize the thickness of the body parts design and calculation, according to the manufacturability of parts and tooling costs to optimize the thickness of the parts to adjust. Finite element analysis method is

4、 applied to simulation of the front of the car collision, comparing with the results of lightweight design analysis, according to the result of the collision of thickness adjustment, optimization of the body parts made of lightweight body to meet the requirements of the collision safety. Keyword: L

5、ightweight design, car crash, security, simulation 引言 當(dāng)今環(huán)保與能源問題已經(jīng)成了世界共同關(guān)注的問題，汽車行業(yè)也逐步向環(huán)保與節(jié)約能源的方向前進(jìn)，而汽車輕量化設(shè)計的研究正是解決這一問題的重要課題。 長安汽車工程院提出了基于靈敏度分析和側(cè)面碰撞的汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法。首先以車身結(jié)構(gòu)零件的板厚為設(shè)計變量, 白車身的模態(tài)和剛度為約束條件,白車身質(zhì)量最小為目標(biāo),分析了零件板厚關(guān)于車身模態(tài)和剛度的靈敏度。選取對車身模態(tài)和剛度以及抗撞性不敏感的車身零件的板厚,進(jìn)行以白車身質(zhì)量最小為

6、目標(biāo)的優(yōu)化計算。優(yōu)化結(jié)果使車身減輕14.8 kg。輕量化后的整車和乘員約束系統(tǒng)進(jìn)行了側(cè)面碰撞的模擬計算,并與輕量化前的結(jié)果進(jìn)行了對比,對整車耐撞性和乘員的安全性進(jìn)行對比校核,根據(jù)碰撞結(jié)果對車身零部件的厚度進(jìn)行了再調(diào)整。結(jié)果表明,輕量化后的車身滿足碰撞安全性的要求,假人的C-NCAP得分也是可接受的。合肥工業(yè)大學(xué)高立新提出了面向整車性能的轎車集成開發(fā)流程,構(gòu)建了包括目標(biāo)設(shè)定與分解及驗證過程在內(nèi)的V字型整車開發(fā)流程圖;并以整車正向開發(fā)中的瓶頸問題為主線,圍繞底盤和車身這兩大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā),著重對扭轉(zhuǎn)梁式后軸的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計和車身前縱梁結(jié)構(gòu)的安全性能設(shè)計展開了詳細(xì)的研究,并建立了面向正向設(shè)計的汽

7、車性能仿真優(yōu)化綜合開發(fā)平臺。研究結(jié)果表明,采用以上流程、關(guān)鍵技術(shù)和方法,不僅實(shí)現(xiàn)了整車結(jié)構(gòu)輕量化目標(biāo),而且滿足各項性能的要求——總體性能優(yōu)于標(biāo)桿車型。陳曉斌以國產(chǎn)某自主研發(fā)轎車為例,介紹了整車開發(fā)流程及前期開發(fā)過程中有限元數(shù)值模擬所涉及的開發(fā)內(nèi)容,同時詳細(xì)論述了整車有限元建模方法。設(shè)計并進(jìn)行了國產(chǎn)某自主研發(fā)轎車白車身模態(tài)試驗。由試驗結(jié)果分析得到了白車身結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率和振型,獲得了白車身的動態(tài)特性。還對國產(chǎn)某自主研發(fā)轎車白車身的靈敏度分析及優(yōu)化計算。通過靈敏度計算識別出了對剛度及重量影響較大的零件。通過正面碰撞試驗的變形時間歷程及整車結(jié)構(gòu)變形驗證了整車碰撞有限元模型的有效性后,首次將正面碰撞與側(cè)面

8、碰撞的數(shù)值仿真聯(lián)合應(yīng)用于車身輕量化設(shè)計前后的整車結(jié)構(gòu)抗撞性能研究。提出了基于引擎蓋剛度與行人頭部保護(hù)要求的輕量化設(shè)計方法。奇瑞汽車研究院與上海交通大學(xué)研究院以某型轎車為例,建立了車身的有限元模型,應(yīng)用以靈敏度分析為基礎(chǔ)的修正可行方向優(yōu)化算法,在保證車身剛度和模態(tài)性能不降低的前提下,以車身結(jié)構(gòu)質(zhì)量的最小化為目標(biāo),優(yōu)化車身零件的厚度,從而實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的輕量化,車身減輕的質(zhì)量為原來的6.22%,車身結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度也都獲得不同程度的提高,主要模態(tài)頻率變化在1Hz以內(nèi)。 朱平、張宇以某轎車為研究對象,運(yùn)用顯式有限元理論,建立整車有限元模型,基于“汽車正面碰撞乘員保護(hù)設(shè)計規(guī)則(CMVDR294)”

9、的耐撞安全性仿真,從滿足整車正面耐撞安全性能的角度,分別采用高強(qiáng)鋼和鋁合金對車身主要覆蓋件進(jìn)行輕量化研究,使車身減質(zhì)量分別達(dá)9.31kg和53.10 kg,減質(zhì)量效果達(dá)到11.30%和64.50%。對整車變形、整車與剛性墻的碰撞力、運(yùn)動速度和加速度、主要零部件吸能等方面進(jìn)行分析、評價,數(shù)值仿真驗證了輕量化方案的可行性。王增武等人建立了左前車門的有限元分析模型,對車門在自由狀態(tài)下進(jìn)行模態(tài)分析;在一定工況下對車門的框架剛度分析;在一定工況下對車門進(jìn)行腰線剛度的分析,通過通用的有限元分析軟件進(jìn)行分析,為結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù).車門是車身結(jié)構(gòu)的重要組成部件,其性能直接影響著車身結(jié)構(gòu)性能的

10、好壞.車門作為一個綜合的轉(zhuǎn)動部件,和車廂一起構(gòu)成乘員的周圍空間范圍,應(yīng)具有足夠大的強(qiáng)度、剛度和良好的振動特性,以滿足車門閉合時耐沖擊性及與側(cè)碰時的耐撞性等各項性能的要求. 周云郊、蘭鳳崇、陳吉清等利用有限元法分析了某半承載式客車車身骨架的剛度與模態(tài)。在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)以整車狀態(tài)下的車架為研究對象,進(jìn)行靈敏度分析,通過選擇有效的設(shè)計變量,在滿足剛度和模態(tài)性能的條件下,以整車質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化。最后通過對后排五人座椅處結(jié)構(gòu)的調(diào)整,優(yōu)化了該局部的受力模式,進(jìn)一步減少了該處的下沉量,得到了符合設(shè)計要求的改進(jìn)方案。黃宜松.陳吉清.李宇彤.隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,節(jié)能、環(huán)保、安全及使用性能已經(jīng)成為

11、汽車行業(yè)最為關(guān)注的幾大問題。汽車輕量化不僅能降低油耗,提高資源利用率,還能延長汽車使用壽命,同時汽車的使用性也有了顯著的提高,車身輕量化對于整車的輕量化起著舉足輕重的作用。綜述車身輕量化材料的應(yīng)用現(xiàn)狀,并且針對輕量化材料,對其成形性能進(jìn)行總結(jié),基于目前的研究現(xiàn)狀,提出了輕量化材料成形有待于進(jìn)一步解決的問題和發(fā)展方向。吉林大學(xué)唐洪斌利用對車輛在實(shí)際交通事故中的碰撞類型的模擬分析,提取車輛結(jié)構(gòu)的碰撞特征值,應(yīng)用于車輛概念設(shè)計開發(fā)過程。在產(chǎn)品概念設(shè)計階段應(yīng)用MADYMO和CAE相結(jié)合的方法,對車輛正面抗撞性進(jìn)行概念設(shè)計,實(shí)現(xiàn)車輛前端結(jié)構(gòu)斷面參數(shù)概念階段的參數(shù)提取,并實(shí)現(xiàn)初步的能量管理。從實(shí)際道路交通

12、事故調(diào)查到乘用車產(chǎn)品概念設(shè)計,再到車輛前端結(jié)構(gòu)分階段多工況設(shè)計和分析,最后到正面碰撞乘員約束系統(tǒng)性能設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了對乘用車車身結(jié)構(gòu)正面抗撞性和乘員約束系統(tǒng)性能設(shè)計的控制。 本文所研究的方法初步形成了乘用車正面抗撞性的碰撞控制邏輯、判斷邏輯和結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則,為實(shí)現(xiàn)乘用車被動安全性能控制提供了切實(shí)可行的方法和依據(jù),并對國產(chǎn)汽車自主開發(fā)企業(yè)乘用車被動安全性的開發(fā)設(shè)計有重要的借鑒意義。從客車車身骨架結(jié)構(gòu)的三種不同形式的對比分析入手,運(yùn)用有限元技術(shù),對桂林某客車公司設(shè)計的某款客車進(jìn)行了靜動態(tài)的有限元分析計算。在建立有限元計算模型時,借助于功能強(qiáng)大的有限元前處理軟件HyperMesh建立車身骨架的有限元模型;

13、根據(jù)設(shè)計要求及具體配置,將發(fā)動機(jī)、變速箱、燃油箱以及乘客、座椅、行李廂等載荷添加到模型中;對客車實(shí)際使用過程中可能遇到的路面情況進(jìn)行科學(xué)的分析,確定有限元分析工況,最終采用更貼近實(shí)際情況的強(qiáng)迫位移的方法模擬扭轉(zhuǎn)工況。在整個建模過程中,充分結(jié)合車輛的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及實(shí)際使用情況,力爭做到有限元模型能夠準(zhǔn)確的反映出車輛的實(shí)際情況。最后對計算結(jié)果進(jìn)行研究分析,并對暴露出的強(qiáng)度問題,進(jìn)行針對性的改進(jìn)設(shè)計,并計算驗證了改進(jìn)方案的有效性。計算分析不僅解決了具體的設(shè)計問題,同時豐富完善了產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)庫,有助于加速新車型的研發(fā),進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能和技術(shù)含量。 參考文獻(xiàn) [1] 葉輝,胡平,申國哲,孫宏

14、圖,劉波,周定陸．基于靈敏度和碰撞仿真的汽車車身輕量化優(yōu)化設(shè)計[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報.2010 .10. [2] 高立新.轎車集成開發(fā)中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué).2010. [3] 陳曉斌.基于現(xiàn)代設(shè)計方法和提高整車碰撞安全性的車身輕量化研究[D].吉林大學(xué).2011. [4] 韓旭.朱平.余海東.基于剛度和模態(tài)性能的轎車車身輕量化研究[J].汽車工程.2007.07. [5] 朱平.張宇.葛龍.林忠欽.基于正面耐撞性仿真的轎車車身材料輕量化研究[J].機(jī)械工程學(xué)報.2005.09. [6] 王增武.靳曉雄.何劍鋒.基于有限元某轎車左前門的模態(tài)剛度分析[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報

15、(自然科學(xué)版).2011.05 [7] 周云郊.蘭鳳崇.陳吉清.李宇彤.裘芝敏.基于剛度與模態(tài)分析的客車結(jié)構(gòu)輕量化研究[A].2009年廣東先進(jìn)制造技術(shù)(佛山)活動周文集[C].2009. [8] 黃宜松.陳吉清.李宇彤.裘芝敏.車身輕量化材料的應(yīng)用及其成形性能研究進(jìn)展[A].2009海峽兩岸機(jī)械科技論壇論文集[C].2009年. [9] 唐洪斌.乘用車正面抗撞性設(shè)計方法研究[D].吉林大學(xué).2008年. [10] 栗廣生.輕型客車車身骨架結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計[D].廣西工學(xué)院.2011. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文

16、獻(xiàn) 綜 述 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日