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(jì)

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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 論文(設(shè)計(jì))題目 基于碰撞安全性的轎車車身 結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì) 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(jí) 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 講師 完 成 時(shí) 間 2017 年 3 月 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）文 獻(xiàn) 綜 述 輕量化車身設(shè)計(jì) 摘要：本課題是基于碰撞的安全性，對(duì)轎車的車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。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(duì)車身零件的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)零件的可制造性和加工成本對(duì)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(duì)轎車的正面碰撞進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)輕量化的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)碰撞結(jié)果對(duì)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(jì)、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(wèn)題已經(jīng)成了世界共同關(guān)注的問(wèn)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(jì)的研究正是解決這一問(wèn)題的重要課題。 長(zhǎng)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(jì)方法。首先以車身結(jié)構(gòu)零件的板厚為設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)算,并與輕量化前的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)整車耐撞性和乘員的安全性進(jìn)行對(duì)比校核,根據(jù)碰撞結(jié)果對(duì)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(kāi)發(fā)流程,構(gòu)建了包括目標(biāo)設(shè)定與分解及驗(yàn)證過(guò)程在內(nèi)的V字型整車開(kāi)發(fā)流程圖;并以整車正向開(kāi)發(fā)中的瓶頸問(wèn)題為主線,圍繞底盤(pán)和車身這兩大復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),著重對(duì)扭轉(zhuǎn)梁式后軸的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和車身前縱梁結(jié)構(gòu)的安全性能設(shè)計(jì)展開(kāi)了詳細(xì)的研究,并建立了面向正向設(shè)計(jì)的汽

7、車性能仿真優(yōu)化綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)。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(xiàng)性能的要求——總體性能優(yōu)于標(biāo)桿車型。陳曉斌以國(guó)產(chǎn)某自主研發(fā)轎車為例,介紹了整車開(kāi)發(fā)流程及前期開(kāi)發(fā)過(guò)程中有限元數(shù)值模擬所涉及的開(kāi)發(fā)內(nèi)容,同時(shí)詳細(xì)論述了整車有限元建模方法。設(shè)計(jì)并進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)某自主研發(fā)轎車白車身模態(tài)試驗(yàn)。由試驗(yàn)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(dòng)態(tài)特性。還對(duì)國(guó)產(chǎn)某自主研發(fā)轎車白車身的靈敏度分析及優(yōu)化計(jì)算。通過(guò)靈敏度計(jì)算識(shí)別出了對(duì)剛度及重量影響較大的零件。通過(guò)正面碰撞試驗(yàn)的變形時(shí)間歷程及整車結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)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(jì)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(jì)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(lái)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(duì)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(jì)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(duì)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(duì)整車變形、整車與剛性墻的碰撞力、運(yùn)動(dòng)速度和加速度、主要零部件吸能等方面進(jìn)行分析、評(píng)價(jià),數(shù)值仿真驗(yàn)證了輕量化方案的可行性。王增武等人建立了左前車門(mén)的有限元分析模型,對(duì)車門(mén)在自由狀態(tài)下進(jìn)行模態(tài)分析;在一定工況下對(duì)車門(mén)的框架剛度分析;在一定工況下對(duì)車門(mén)進(jìn)行腰線剛度的分析,通過(guò)通用的有限元分析軟件進(jìn)行分析,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù).車門(mén)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(mén)作為一個(gè)綜合的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)特性,以滿足車門(mén)閉合時(shí)耐沖擊性及與側(cè)碰時(shí)的耐撞性等各項(xiàng)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(duì)象,進(jìn)行靈敏度分析,通過(guò)選擇有效的設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)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(jì)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(wèn)題。汽車輕量化不僅能降低油耗,提高資源利用率,還能延長(zhǎng)汽車使用壽命,同時(shí)汽車的使用性也有了顯著的提高,車身輕量化對(duì)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(duì)輕量化材料,對(duì)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(wèn)題和發(fā)展方向。吉林大學(xué)唐洪斌利用對(duì)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(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段應(yīng)用MADYMO和CAE相結(jié)合的方法,對(duì)車輛正面抗撞性進(jìn)行概念設(shè)計(jì),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(jì),再到車輛前端結(jié)構(gòu)分階段多工況設(shè)計(jì)和分析,最后到正面碰撞乘員約束系統(tǒng)性能設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)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(jì)準(zhǔn)則,為實(shí)現(xiàn)乘用車被動(dòng)安全性能控制提供了切實(shí)可行的方法和依據(jù),并對(duì)國(guó)產(chǎn)汽車自主開(kāi)發(fā)企業(yè)乘用車被動(dòng)安全性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)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(duì)比分析入手,運(yùn)用有限元技術(shù),對(duì)桂林某客車公司設(shè)計(jì)的某款客車進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)的有限元分析計(jì)算。在建立有限元計(jì)算模型時(shí),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(jì)要求及具體配置,將發(fā)動(dòng)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(duì)客車實(shí)際使用過(guò)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(gè)建模過(guò)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(zhēng)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(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行研究分析,并對(duì)暴露出的強(qiáng)度問(wèn)題,進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì),并計(jì)算驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。計(jì)算分析不僅解決了具體的設(shè)計(jì)問(wèn)題,同時(shí)豐富完善了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),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(guó)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(jì)[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2010 .10. [2] 高立新.轎車集成開(kāi)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(jì)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(bào).2005.09. [6] 王增武.靳曉雄.何劍鋒.基于有限元某轎車左前門(mén)的模態(tài)剛度分析[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)

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(dòng)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(jì)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(jì)[D].廣西工學(xué)院.2011. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）文

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