基于拼焊技术的轿车B柱耐撞性及结构优化设计

为提高某轿车侧面碰撞中B柱的耐撞性和实现整车轻量化,应用HyperMesh和LS-Dyna软件对该轿车B柱进行了碰撞仿真分析.针对碰撞中B柱对应胸部点的侵入量和侵入速度过大及质量大等问题,在兼顾耐撞性和轻量化的前提下,采用拼焊技术对B柱内板和加强板的结构进行了优化设计.试验结果表明,优化设计后的B柱最大侵入量减少13.0％,最大侵入速度减少38.8％,质量减轻5.8％.     

考虑结构、材料和工艺要求的复合材料B柱优化

为实现汽车轻量化,提高汽车耐撞性,并考虑汽车B柱结构形式和材料特性,采用了一种复合材料B柱削层结构。利用复合材料可通过削层工艺方便地实现变截面厚度的特性,分两步对复合材料B柱削层结构进行了多目标的优化。首先,通过分析B柱结构形式确定削层区域,以轻量化为目标,构建代理模型并采用多岛遗传算法进行优化,得到各个子层区域的铺层层数。然后,综合考虑削层结构的工艺和性能特点,研究不同铺层角度和铺层顺序对耐撞性的影响,确定了铺层最佳方案。最终结果表明,在满足工艺要求的条件下,复合材料B柱结构的质量减轻了61.4%,并提升了整车在顶压和侧面碰撞中的耐撞性。     

基于侧碰耐撞性的B柱轻量化设计

研究了薄壁梁三点弯曲工况压溃力与材料强度和板厚的关系,并提出了一种B柱轻量化设计方法。对于B柱下端,侧撞时发生压溃折弯,可近似等效为三点弯曲工况,且用高延性高强钢代替普通的强度较低的高强钢,进行B柱下端的轻量化设计。至于B柱上端,因其侧撞时主要发生刚性转动,可等效为静力学问题,施加侧撞等效静载力,将B柱上端划分成N段,利用Optstruct软件对各段板厚进行优化。最后以某车型为例,将B柱上、下端优化方案导入整车侧撞模型中进行优化。结果表明优化后B柱关键部位的侵入速度和侵入量与原始设计几乎相当,证明该轻量化设计是有效的,优化实现了24%(1.9 kg)的轻量化效果,而其耐撞性不受影响。     

基于材料性能梯度分布法提高轿车B柱耐撞性

为减轻轿车B柱的质量实现汽车的轻量化,同时保证B柱的抗撞性,本文介绍几种通过超高强度钢板热成形工艺实现B柱材料性能梯度分布的方法,并陈述了其应用前景。     

基于Kriging模型的汽车前部结构的耐撞性优化

以汽车前部结构丰要板件的厚度为变量,采用拉丁超立方试验设计生成100个汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据并进行计算,对计算结果应用Kriging模拟法构建了前部结构的质量、B柱加速度最大值和最大吸能的近似模型.以B柱加速度最大值为目标,以前部结构的质量、各板件厚度和最大吸能为约束,利用模拟退火算法进行全局优化,最终得到一组前部板件厚度的最优组合,使B柱加速度最人值达到最小.Kriging 模型的计算精度和效率满足耐撞性上程设计的要求.     

拼焊板保险杠横梁耐撞性的离散优化设计

为实现汽车设计的耐撞性和轻量化,将高强度钢拼焊板(TWB)结构运用到保险杠横梁,结合多目标离散优化方法,进行优化设计。运用Hypermesh软件,建立了原保险杠模型和拼焊板保险杠模型,并用LS-DYNA软件进行验证。横梁内、外板均由厚度不同的5块高强度钢板焊接而成。以提高保险杠横梁的吸能量,控制质量增加为优化目标,进行横梁三点静压仿真试验,对板材的材料和厚度参数进行迭代优化。结果表明:优化后的拼焊板保险杠横梁吸能量提高81.66%,质量只增加8.96%;从而满足了耐撞性和轻量化的要求,并具有更好的变形模式和碰撞载荷特性。     

车身B柱性能提升及其轻量化设计

车身B柱耐撞性决定整车的侧碰安全性,同时也要满足轻量化。基于现有架构平台,采用热成型结合TRB技术,应用2k因子实验设计结合CAE分析,对车身B柱进行优化设计,研究B柱在满足侧碰安全目标下如何实现轻量化设计。     

车辆正面碰撞中的耐撞性能仿真分析

为了评价汽车在正面碰撞事故中耐撞性能,应用HyperWorks仿真软件建立了车辆正面100%碰撞有限元模型。后处理利用HyperView对B柱下端加速度、A柱上部最大折弯角、前围板侵入量以及前门铰链变形量4项重要评价指标进行仿真分析,以此评估正面碰撞中车体的耐撞性能。结果表明:B柱下端最大加速度小于3ms合成加速度72g的要求,A柱上部最大折弯角对乘员伤害程度在允许范围内,前围板变形云图小范围超出目标值,前门铰链变形量不影响碰撞后车门的正常开启,车体耐撞性能良好。类比2017年C-NCAP实车正面碰撞结果,表明仿真试验具有较高的可信性,为车体耐撞性优化设计提供依据。     

汽车侧面碰撞侧围结构可靠性优化设计

为研究侧围部件对整车侧面碰撞的影响,选取B柱内板、加强板、车门内板和防撞杆的厚度作为设计变量,结合试验设计、响应面模型、可靠性理论及优化算法,构建侧碰侧围结构可靠性优化数学模型,对侧围结构进行确定性与可靠性优化,并进行对比分析。分析结果表明:两种优化方法都能提高侧碰安全性,但确定性优化使得B柱最大侵入速度十分接近约束边界,相比于确定性优化,可靠性优化使得B柱最大侵入速度有所减小,吸能量有所增加,车门最大侵入速度减小3.1%,且各输出响应均远离约束边界值,B柱与车门最大侵入速度的可靠度提升了26.6%和10.5%,满足设计要求。故可靠性优化更能满足整车侧碰侧围结构耐撞性及可靠性要求。     

基于台架试验与模拟的轿车B柱耐撞性与轻量化研究

为高效地研究B柱总成的重要特性,利用经过验证的整车碰撞仿真模型,验证了基于台架试验条件的B柱有限元仿真模型的正确性,提出了应用该模型在综合考虑耐撞性与轻量化基础上,进行轿车B柱设计方案优化选择的方法。将此方法应用于新车型开发,结果表明不仅B柱本身结构质量减轻了18%以上,而且整车在相关侧面碰撞试验中,取得了优良的成绩。     

轿车B柱的优化及对侧面碰撞安全性的影响

应用计算机仿真技术对国产某小型轿车的侧面碰撞吸能部件B柱进行了碰撞仿真,并对其进行了有限元结构优化计算分析与研究。由改进前后的整车侧面碰撞仿真计算结果对比表明,部件的碰撞仿真设计是确保设计车辆具有良好碰撞性能的一种重要的方法和手段,应用有限元法进行结构优化设计是一种有效的方法。     

某微型汽车侧面碰撞安全性能优化

针对某微型汽车在侧面碰撞时B柱和车门变形较大、假人伤害严重、在C-NCAP侧面碰撞时得分较低问题,建立了该微型汽车侧面碰撞仿真模型,对其侧面车身结构进行优化,并进行了有限元模拟计算。优化前、后的侧面碰撞仿真结果对比表明,优化后车门侵入量明显减小,假人伤害值降低,侧面碰撞得分提高,车辆的侧面碰撞安全性显著提高。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。     

Comparison of the optimum designs of center pillar assembly of an auto-body between conventional steel and ahss with a simplified side impact analysis

This study compares the optimum designs of center pillar assembly with advanced high-strength steel (AHSS) to that of conventional steel for crashworthiness and weight reduction in side impacts. A simplified side impact analysis method was used to simulate the crash behavior of the center pillar assembly with efficient computing time. Thickness optimization aims to perform an S-shaped deformation of the center pillar toward the cabin to reduce the injury level of a driver in a crash test. Center pillar members were regarded as an assembly of parts that are fabricated with tailor-welded blanks, and the thickness of each part was selected as a design variable. The thickness variables of parts that have significant effects on the deformation mechanism were extracted as the main design variables for thickness optimization based on the results of a sensitivity analysis with design of experiments. The optimization condition was constructed to induce an S-shaped deformation mode and reduce the weight of the center pillar assembly. An optimum design was obtained after several iterations with response surface methodology (RSM). Optimization was first performed with conventional steel and then with AHSS with the same procedure to optimize the crashworthiness of the center pillar assembly. After thickness optimization, optimum designs were applied to the full vehicle analysis to evaluate the validity of the optimization scheme with the simplified side impact analysis method. Then, the crashworthiness of optimum designs with conventional steel and AHSS were compared using the full vehicle analysis. This comparison demonstrates that AHSS can be more effectively utilized than conventional steel to obtain a lightweight design of an auto-body with enhanced crashworthiness.     

基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究

以整车100%正面碰撞有限元模型为基础研究了三种近似模型的预测精度,分析并选取前部结构中对汽车碰撞安全性影响较大的12个部件厚度为变量,利用最优拉丁超立方试验设计方法生成80个样本数据并进行计算,应用多学科优化中常用的二次多项式响应面(Quadratic Polynomial Response Surface,QPRS)、Kriging以及径向基函数(Radial Basis Function,RBF)三种近似方法分别对选取部件的总质量、吸收总能量、B柱最大加速度和踏板侵入量建立近似模型。结果表明:RBF近似方法对部件总质量、吸收总能量、B柱最大加速度预测精度高于其他两种方法,Kriging近似方法对踏板侵入量预测模型具有较好的精度,QPRS近似方法适合于部件总质量的近似建模。     

Effect of tumble-home on roof strength of a vehicle

This study reports on the effect of vehicle tumble-home (side body inclination) on roof strength. The steep inclination of the side body of a vehicle increases its roof strength. Comprehensive analysis of the impact of high roof strength driven by the steep inclination on dynamic roof strength in rollover is described. Here, we have developed a numerical model using the ADAMS, which is capable of characterizing both of the static and the dynamic roof strength. According to the FMVSS 216 protocol, we achieve the strength to weight ratio (SWR; static roof strength) by applying loading plates to the roof of a vehicle. The Controlled Rollover Impact System (CRIS) allows us to quantitatively characterize the displacements of the top end of A-pillar and B-pillar, thus determining the dynamic roof strength by comparing the results. We demonstrated that the roof intrusion was one of the most critical causes which lead to injuries of occupants fastening seat belts. Our analysis revealed that the increase of the side body inclination of vehicles enhanced the static roof strength whereas it could not reduce the roof displacement (intrusion) in the dynamic rollover.     

一种侧撞试验台的方案设计

侧撞试验台是一种新近出现的成本较低、研究车辆在侧面碰撞中车门侧面结构耐撞性及侧面内饰和侧面安全气囊对乘员保护作用的部件试验台。本文研究了实车侧面碰撞中车门的速度特征以及乘员的伤害情况,并在此基础上提出了一套结构简单、成本较低、可以实现的侧撞试验台方案,对台车进行了结构设计,最后在动力学和运动学上验证了该方案的可行性。     

基于参数化白车身的前纵梁响应面优化设计

以前纵梁为研究对象,基于SFE Concept参数化白车身模型,对正面100%刚性墙碰撞下的整车耐撞性能进行数值模拟和优化设计。文中引入"分析驱动设计"的理念,综合考虑有效加速度、效率、侵入量等多个评价指标,对纵梁的截面、厚度、长度等参数进行DOE实验设计并建立数学模型,总结各设计变量对碰撞性能的影响规律,最终得到纵梁的最优化设计,提高了整车的耐碰撞性能。     

基于Hypermesh的整车正碰分析

文章构建车辆的有限元模型,进行正面100%刚性壁障碰撞的模拟仿真,来分析车辆结构的潜在缺陷和合理性,主要内容为:(1)介绍整车中各个铰链以及加速度传感器的建立,对整车各个结构部件进行了连接设置,对整车的接触设置进行了说明,对材料的设置、刚性墙的建立以及控制卡片的导入进行说明。(2)利用Hypermesh和LS-DYNA对模型进行计算,利用HyperView查看输出结果。(3)根据仿真计算的数据,对模型的合理性进行评价分析,发现前围板入侵量和B柱右侧加速度的指标偏大,影响了汽车的安全性能。