车辆薄壁管结构优化的耐撞性应用研究

车辆耐撞性研究是当前车辆被动安全领域的前沿方向,对于提高道路交通安全水平有非常重要的意义,而薄壁管结构优化是提高车辆耐撞性最为有效的方法之一。详细阐释车辆耐撞性的涵义,叙述薄壁管结构优化方法理论支撑;回顾薄壁管优化车辆耐撞性研究发展历程,概括主要研究的内容、方法以及成果,并提出薄壁管综合分析的耐撞性方法前沿;对比分析不同的结构优化设计研究方法之间的优劣;总结了薄壁管优化耐撞性研究的发展前景。     

基于子结构拓扑优化的大客车耐撞性改进

提出了一种基于子结构拓扑优化的大客车车身骨架耐撞性改进设计方法。首先通过测试和仿真进行某承载式大客车耐撞性评价,分析车身结构变形的症结;提取前端驾驶区骨架为子结构,以其碰撞吸能量相同为等效条件,进行子结构耐撞性分析与改进;接着为控制子结构的局部失稳变形,以吸能盒碰撞力峰值为载荷条件,进行子结构空间区域拓扑优化,完成8组改进方案的对比分析,选取质量最轻的达标方案进行台车实验验证;最后将该方案导入整车结构中进行耐撞性改进验证。结果表明:整车的耐撞性得到有效提高。     

基于多胞结构的车身前端轻量化和耐撞性设计

为满足车身轻量化和耐撞性设计的要求,采用材料替换与结构改进相结合的方法对前端进行优化。基于试验验证的整车正面碰撞模型,建立了铝制前端模型并与钢制设计方案进行了耐撞性对比。为提高铝制前端耐撞性能,设计了不同胞数的多胞构型截面,并在三点弯曲和轴向压溃工况下分析其吸能特性。运用多目标优化方法对多胞前端的结构参数进行寻优。结果表明,优化后的铝制多胞结构能在改善整车耐撞性的同时,显著减轻前端质量。     

汽车结构耐撞性设计与优化研究综述

汽车的碰撞安全问题是汽车行业一直重点关注的问题之一,开展汽车结构的耐撞性设计已成为提升车辆碰撞安全性的重要手段。文章对国内外汽车结构耐撞性设计与优化的研究成果进行回顾与总结,鉴于碰撞过程的强非线性与众多设计准则相互耦合等特性,重点对近似多目标耐撞性优化方法及其应用进行综述,并分析存在的问题和进一步深入研究的方向。     

汽车前部保险杠的耐撞性及结构优化方法

根据目前国产车保险杠耐撞性现状,结合江苏丹阳市车船装饰件有限公司的保险杠耐撞性项目,在LS-DYNA中对摆锤撞击保险杠进行了仿真分析。通过对保险杠的壁厚及其中部的两弧半径进行结构优化,提高了保险杠的耐撞能力,为日后保险杠的设计与开发提供了有价值的参考。     

基于Kriging模型的车身耐撞性优化设计

采用最优拉丁方法进行试验设计,基于Kriging模型建立汽车耐撞性评价指标的替代模型,然后利用替代模型建立耐撞性优化的数学模型并进行耐撞性优化。结果表明,基于Kriging的替代模型的拟合精度较高,采用该模型进行的优化可提高汽车的耐撞性。     

桥梁防船撞波纹钢夹层吸能结构耐撞性研究

为了确定桥梁防船撞波纹钢夹层结构的合理布置方式和结构参数,根据某长江大桥桥墩防撞需求设计波纹钢夹层结构,采用LS-DYNA软件建立夹层结构和船艏的有限元模型,模拟船艏撞击夹层结构的过程,分析不同波纹板布置方向、波纹板厚度和面板厚度下夹层结构的耐撞性指标和撞击力。结果表明:波纹板竖直布置比水平布置具备更好的吸能效果;波纹板厚度对耐撞性指标的影响不大;耐撞性指标随面板厚度的增大先增大后减小,厚度为7mm时耐撞性指标最大;波纹钢夹层结构对船舶撞击力的削减达到60%以上;波纹钢夹层结构对撞击能量不敏感,具备较好的稳健性和吸能效果。     

轿车车身结构侧向耐撞性的有限元分析

以国内某新型轿车为对象,基于有限元分析方法,系统地研究了侧面碰撞的整车建模技术、移动壁障建模技术、仿真计算方法和结构耐撞性分析方法。实验结果验证了整车模型的有效性。侧向耐撞性分析以结构变形响应特性为主,包括结构变形能、变形量、变形速度等,运用碰撞响应时序图综合分析了碰撞力、假人损伤和结构变形等多项响应之间的相互关系。总结形成一套适合于轿车侧向耐撞性分析与设计验证的CAE技术流程。     

微型电动汽车正面碰撞结构耐撞性设计

结合上海汽车集团股份有限公司自主品牌一款微型电动汽车项目,讨论了电动轿车在质量分布和舱室布置方面与常规内燃机轿车的差异,有针对性地设计规划了具有集中大质量块的电动轿车的碰撞载荷路径和正面碰撞变形区域,通过大量的模拟计算,完成车辆正面结构的详细设计,计算结果表明:该设计达到了良好正面碰撞结构耐撞性能。针对电动车特殊质量分布和布置的结构耐撞性的该设计方法,能够应用于此类微型车结构耐撞性开发。     

汽车侧面碰撞的CAE仿真分析

汽车被动安全开发,需要进行大量的整车碰撞和SRS验证,周期较长,过程复杂。随着GB、C-NCAP等评价要求的提高,往往需要投入高昂的开发费用,而进行汽车碰撞安全的CAE仿真计算,并进行结构优化模拟,逐步成为研究汽车耐撞性的必然选择。本文对汽车侧碰进行建模,根据仿真结果对基础车型进行评价,并通过结构优化提升车体结构耐撞性,为后续开发提供参考。     

冲压成型历史对车身典型结构耐撞性的影响研究

采用基于甥性全量理论的一步成型法对车身典型帽形结构进行成型性研究,通过仿真和试验对比分析了成型历史对帽形结构耐撞性的影响.结果表明,与传统方法相比,考虑成型历史的碰撞结果与试验更接近.采用一步成型法对整车正碰关键吸能零件进行成型分析,考虑和不考虑冲压成型的碰撞仿真结果对比表明,冲压成型历史对整车正面耐撞性有重要影响.     

利用蜂窝结构改善汽车耐撞性的仿真研究

在汽车碰撞过程中,汽车前纵梁是主要的吸能装置.通过对方管薄壁结构和蜂窝型多胞结构的耐撞性进行对比分析可知,蜂窝型多胞结构杆件具有较好的吸能特性.将蜂窝型杆件应用于汽车前纵梁上进行碰撞分析.结果显示,蜂窝型多胞结构具有更优越的耐撞性能,且碰撞过程的材料利用率也较高.     

梯度负泊松比结构填充吸能盒多工况优化设计

汽车碰撞过程中,非理想的斜向碰撞较为普遍。本文中通过对三维负泊松比点阵结构进行多工况耐撞性研究,发现冲击角度对三维负泊松比点阵结构的耐撞性有较大影响,随着冲击角度的增大,吸能量呈下降趋势。将梯度负泊松比点阵结构作为填充材料引入吸能盒设计,以吸能盒外壳厚度与内芯3个厚度梯度值为设计变量,最大综合吸能量、最小轴向峰值力和质量为优化目标,质量和设计变量为约束条件,基于多岛遗传算法进行多工况多目标优化设计。结果表明,在质量和最大峰值力增加不大的条件下,负泊松比结构填充吸能盒的综合吸能量与各冲击角度的耐撞性均得到大幅提升,优化效果显著。     

The Effects of Stamping Forming-caused Changes in Material Property on Crashworthiness

为研究冲压成形中材料特性变化对结构耐撞性的影响,以某款SUV车横梁的帽形加强梁为例,以塑性应变和厚度不均作为碰撞仿真分析的初始条件,进行考虑成形工艺因素的结构耐撞性分析,并与传统的碰撞仿真与试验结果进行了对比.结果表明,加工硬化提高了结构的刚度,可能导致结构变形模式的改变;厚度不均对结构变形和吸能的影响很大,在碰撞仿真中应引入成形因素以提高仿真精度.     

新颖变截面多胞薄壁结构的耐撞性研究

为进一步提高多胞薄壁结构在轴向载荷条件下的耐撞性能,提出了一种新颖的变截面多胞薄壁结构,该结构通过将传统均匀多胞结构内胞壁旋转一定的角度而形成,使得同一截面上的各胞元呈现非均匀特性。结合试验与数值有限元分析方法,以最大峰值力和比吸能为耐撞性评价指标,开展不同截面旋转轴位置、旋转角度和薄壁厚度等参数下的变截面多胞与均匀多胞结构的耐撞性对比研究。此外,为进一步探索变截面多胞结构的最优耐撞性,结合Kriging近似模型技术与多目标粒子群方法对变截面多胞结构进行了耐撞性寻优,获得了该结构的Pareto前沿与在不同设计要求下的最优参数匹配。研究结果表明:旋转轴位置、旋转角度和薄壁厚度对变截面多胞薄壁结构的比吸能有显著影响,但旋转轴位置和旋转角度对最大峰值力的影响较小,变截面多胞薄壁结构的比吸能较传统均匀多胞结构提高了约8%;当碰撞最大峰值力限定在180kN范围内时,该结构的最优设计参数壁厚t与旋转角度θ分别为1.52mm和1.85°。     

基于隐式参数化模型的车身结构优化设计

引入隐式参数化模型的概念,并结合有限元网格自动生成技术,对车身模型各项特性参数进行有效设置,可实现运算过程无须人工干预的优化循环,对车身结构进行形状与拓扑优化。以某车型为例,对前保险杠与碰撞盒组成的系统结构进行了基于耐撞性能的优化。优化后结构对于增强车身耐撞性效果明显。     

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。     

帽形截面薄壁焊接结构轴向耐撞性的优化设计方法研究

以帽形截面薄壁梁为例,研究了焊点布局对薄壁梁结构轴向耐撞性的影响。建立了精度较高的用于分析薄壁梁结构轴向耐撞性的有限元模型,提出了考虑焊点影响的帽形截面薄壁梁在轴向冲击载荷作用下的平均碰撞力的解析解,并以薄壁梁结构的轴向平均碰撞力和弯曲刚度为约束条件,对一帽形截面薄壁梁进行了轻量化设计,大幅提高了优化设计的效率。讨论了一些重要参数(如截面形状、材料性能、载荷形式等)对薄壁梁结构轴向耐撞性能的影响。     

真空高压铸造铝合金车身后纵梁轻量化设计

为提高汽车发生后撞时车身的耐撞性和轻量化效果,采用真空高压铸造铝合金后纵梁替代某电动车型传统钢制钣金焊接总成。从后撞耐撞性出发,通过拓扑优化,考虑压铸成形和连接工艺等要求,设计了压铸铝合金后纵梁,实现了后纵梁结构的模块化和轻量化。结果表明,铝液填充平稳,没有明显的冷隔、缩孔等缺陷,产品性能满足后撞和各安装点刚度要求。     

基于博弈论的汽车耐撞性多目标优化设计

提出一种基于博弈论的耐撞性多目标优化设计方法,用非合作博弈处理多个目标之间的冲突,以达到纳什均衡状态的解作为最优解.并以某新车型为例,应用均匀设计和移动最小二乘法构建了代理模型,进行了面向US-NCAP法规的结构耐撞性优化设计,取得了比传统的线性加权法更好的优化效果.