泡沫铝填充门槛横梁改善汽车侧碰安全性研究

汽车发生侧面碰撞时,主要通过车门结构件、门槛横梁、底板、B柱等结构件进行能量传递或自身的变形来吸收碰撞能。合理的侧面结构和新材料应用,是提高汽车侧碰安全的有效途径。基于泡沫铝材料在静压和冲击状态下的特性研究,将泡沫铝复合结构优化后填充到门槛横梁中,在不同速度下进行有限元模型碰撞仿真分析,对优化后车身与原车的侵入量和加速度峰值进行对比,研究泡沫铝复合结构在不同速度碰撞下改善汽车抵抗碰撞的效果。结果显示,泡沫铝复合结构在3种速度碰撞中均达到了较好的减少侵入量和降低加速度峰值的效果。     

管梁元件冲击吸能特性实验研究

阐述了管梁元件用作汽车碰撞变形吸能元件的优点,并对管梁元件冲击吸能特性进行了比较详细的实验研究。试验结果表明:复合结构管的吸能效果最优,曲线比较平稳,可以作为汽车碰撞吸能部件的一种选择;通过改善结构和材料特性可提高管梁元件的吸能效果;通过"比吸能"概念提出了结构的吸能能力与重量之间的比例关系,为汽车轻量化设计提供了思路。     

管梁缓冲吸能元件特性试验研究

阐述了管梁缓冲吸能元件用作汽车变形吸能元件的优点,并对管梁缓冲吸能元件碰撞吸能特性进行了比较详细的试验研究。试验结果表明:管梁缓冲吸能元件的吸能曲线比较平稳,可以作为汽车碰撞吸能部件的一种选择;通过改善结构和材料特性可提高管梁缓冲吸能元件的吸能效果;通过"比吸能"概念提出了结构的吸能能力与重量之间的比例关系,为汽车轻量化设计提供了思路。     

夹心泡沫铝结构在桥梁结构防撞中的应用

将夹心泡沫铝柔性吸能结构应用于桥梁结构,以期减少车辆对桥梁的撞击影响。用LS-DYNA有限元软件构建分析汽车撞击桥梁的整个过程,并从撞击力和碰撞点位移等方面分析了这种柔性吸能结构的防撞效果。结果表明,夹心泡沫铝柔性吸能结构有着良好的防撞效果,一定程度提高了桥梁的抗撞能力,减小了桥梁的损伤程度。     

面向行人下肢保护的蜂窝铝吸能结构优化

建立了行人小腿与某乘用车前端结构的碰撞有限元模型,而仿真分析发现行人腿部损伤指标在保险杠正中心Y_0处的胫骨加速度峰值和靠近吸能盒Y_(390)处的胫骨加速度峰值与膝部弯曲角峰值均超过了安全阈值。为改善汽车行人下肢保护性能,根据该车前端吸能空间设计了6种不同蜂窝胞元边长、5种不同蜂窝胞元厚度的蜂窝铝吸能结构,通过分析30组蜂窝铝吸能结构在Y_0处所对应的行人腿部综合伤害指标和比吸能的变化趋势,确定了对行人腿部保护性能较好的蜂窝铝胞元边长为14 mm。然后以吸能盒位置Y_(390)处行人腿部综合伤害指标最小为优化目标,运用软件Hyperstudy和LS-DYNA集成优化的方法以蜂窝铝吸能结构前盖板与蜂窝芯的厚度为变量进行优化。优化后靠近吸能盒Y_(390)处和保险杠正中心Y_0处的行人腿部3项伤害指标均大幅降低,且满足法规安全阈值要求,优化后的蜂窝铝吸能结构有效地改善了该车的行人下肢保护性能。     

高速公路新型泡沫铝防撞护栏性能研究

利用泡沫铝材料良好的吸能特性,通过特殊设计将泡沫铝材料应用于道路护栏防阻块中,配合高延展性的合金钢三波护栏板,组成新型泡沫铝防阻块防撞护栏,对新型泡沫铝防阻块防撞护栏进行实车足尺碰撞试验,分析不同车型碰撞试验效果,并与传统护栏进行比较。结果显示:在防撞缓冲方面,新型泡沫铝防阻块防撞护栏优于传统牛角弯头护栏,具有良好的应用前景。并在京台高速公路德齐段改扩建工程中得以应用。     

不同伤害指标对评价人体胸部侧向碰撞伤害程度的影响

以蜂窝状纸板为吸能材料，根据模拟汽车侧面碰撞的假人一滑车碰撞试验结果，分别以基于加速度参数建立的胸部伤害指标和基于变形参数建立的伤害指标，分析车门与乘员之间有无吸能材料和吸能材料特性对胸部侧向碰撞伤害程度的影响，探讨其不同伤害指标对评价结果的影响。     

泡沫与塑料静态压溃分析及在行人小腿碰撞中验证

研究了行人保护小腿碰撞时,车辆前端材料的吸能性能。先对3种不同密度的泡沫和1种塑料,进行静态压溃性能试验。在此基础上,选择吸能较好的30 g/dm3的泡沫和这种塑料,在某款运动型多功能车(SUV)车上,测量了行人保护小腿碰撞试验中样件的吸能性能。结果表明:静态压溃试验中,该种塑料的整体性能优于泡沫,塑料试验的峰值载荷、平均载荷、总吸能为泡沫试验的4倍以上,塑料试验的质量比吸能也高于泡沫的。因此,在相同吸能空间条件下,采用塑料作为车辆前端吸能材料,能够降低行人小腿胫骨加速度及膝部弯曲角,因而,有利于改善行人小腿碰撞安全性。     

汽车侧面碰撞试验用吸能材料研究

随着我国汽车安全性研究的不断发展和国内汽车碰撞试验水平的提高,有关汽车侧面碰撞安全性的法规也开始准备颁布实施。本文根据欧洲侧撞法规ECER95,对汽车侧面碰撞用吸能材料进行了大量的研究工作。通过对标准铝蜂窝和多种吸能材料力学特性的研究,建立用于汽车侧面碰撞模拟计算的移动可变形壁障(MDB)的模型,并通过模型验证自行开发的侧撞吸能结构的动态特性。     

纯电平台钢铝混合车身机舱框架结构设计

车身机舱框架结构是汽车发生正碰时吸能和传递载荷的重要总成,其耐撞性和轻量化设计影响到整车碰撞性能及轻量化水平;基于某款纯电动车型,采用钢铝混合材料完成机舱的框架结构设计,保证50km/h全正碰试验及64km/h偏置碰试验过程中,机舱框架稳定压溃变形,吸能模式合理,达到碰撞性能目标;同时保证机舱框架上重要安装点的性质指标。     

全铝车身电动轿车正面碰撞仿真和优化

为研究全铝车身电动轿车正面碰撞的耐撞性,应用ANSA建立了全铝车身电动轿车的有限元模型。依据C-NCAP对车身加速度、碰撞速度、车门变形量指标的规定,在LS-DYNA中对所建的全铝车身电动轿车的有限元模型进行了正面100%重叠刚性壁障仿真碰撞试验。试验结果表明:全铝车身电动轿车在正面碰撞过程中车身加速度大,在0.033 s时加速度达到最大值59.6g,高于C-NCAP指标中的目标值50g;前侧车门的最大变形量为41.72 mm,高于C-NCAP指标中的目标值40 mm。针对全铝车身电动轿车正面碰撞存在的问题,设计使用4因素3水平的标准正交矩阵,对全铝车身电动轿车的车身结构参数进行了优化调整。利用LS-DYNA依次进行仿真计算分析,确定了各因素对车身加速度影响的主次顺序;对仿真结果进行极差分析、方差分析和显著性分析,获得了最优方案,即前防撞梁厚度3 mm,吸能盒厚度3.5 mm,前纵梁厚度2.8 mm,前防撞梁材料7003。优化结果表明:与基础模型方案相比,优化后车身加速度降低了23.8%,前侧车门变形量减小了9.6%,增强了全铝车身电动轿车的耐撞性,为全铝车身电动轿车正面碰撞安全的设计与改进提供了依据。     

轿车白车身碰撞性能的数值仿真

本文分析了加速度和速度曲线整车实验和白车身仿真结果的异同及其原因，并进一步了汽车碰撞中结构吸能的若干问题，其结果有助于进一步开展整车碰撞仿真计算。     

聚丙烯复合材料发动机罩盖行人头部保护优化设计

为研究车辆与行人发生碰撞时汽车发动机罩盖对行人头部的保护性能,减少人车事故中行人的受伤害程度,建立了行人头部冲击器撞击发动机罩盖的有限元模型,分析了行人头部冲击器撞击相同结构的聚丙烯复合材料、钢制发动机罩盖的行人头部保护性能,比较了不同材料发动机罩的吸能特性,探究了发动机罩盖影响头部HIC值的主要影响因素。设计3因素2水平的正交试验,利用LS-DYNA依次进行了试验的仿真计算与分析,确定了各影响因素对头部HIC值的影响顺序,并对复合材料发动机罩盖的结构参数进行了优化调整。为降低复合材料发动机罩盖的头部碰撞损伤相关加速度值,增加其吸能特性,对翼子板进行了局部结构优化设计。结果表明:经过局部优化,铰链结构能使碰撞区域远离行人头部与翼子板尖角处碰撞最为激烈的发动机罩铰链边缘区域;弱化翼子板侧边垂直尖角的结构,能够起到一定的吸能作用,对行人起到保护效果;改进后的长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的质量相比原来降低51.5%,更有利于满足对车身的轻量化要求,增加车辆燃油经济性;对长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的静态刚度进行了分析,扭转刚度得到增加,弯曲刚度和侧向弯曲刚度值变化在10%范围内,符合设计要求。     

基于J-C型材料模型的整车正面碰撞结构优化

根据拉伸试验结果,考虑应变率效应及温度效应,确定了B420LA及HC420/780DP材料的J-C型动态拉伸本构方程,并将这2种材料用于某款新能源汽车的前纵梁结构设计。基于LS-DYNA程序,采用数值仿真的方法,考虑整车正面碰撞工况前纵梁结构的变形模式及压溃吸能效果,对前纵梁结构进行了优化设计。结果表明,优化后的前纵梁压溃变形模式更好、吸能效果更优,左、右侧整车加速度峰值由58.1g与56.2g分别降为38.0g与39.2g,前围板过程最大侵入量由208.7 mm降低为182.2 mm,符合汽车正面碰撞工况研发的需要。     

儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。     

乘用车内部凸出物碰撞安全性能研究

为提升某乘用车型仪表板和中控箱系统的碰撞吸能性,搭建了适用于LS-DYNA求解器的有限元仿真分析模型。基于达朗贝尔动力学原理推导了碰撞加速度计算公式,分别从金属支架结构形式、内饰造型以及内饰零件刚度角度进行碰撞加速度优化。仿真和试验结果表明,优化后的仪表板和中控箱系统碰撞加速度明显降低,吸能性满足国家标准要求。     

防撞吸能材料金属泡沫铝压缩及吸能性能试验研究

基于桥梁防撞装置对吸能材料提出的要求,对金属泡沫铝进行了准静态压缩性能试验,研究了密度对泡沫铝压缩性能和吸能性能的影响。试验结果表明泡沫铝压缩过程有3个明显的阶段：弹性阶段,屈服阶段和致密化阶段。在平台屈服阶段,泡沫铝在应力变化不大的范围内产生很大的应变,从而吸收了大量的能量。随着密度的增加,泡沫铝的强度升高,吸能效率峰值增加,其吸收能量最大可达7.24 MJ/m^3,在桥梁及工程结构防撞保护装置中有着潜在的应用价值。     

轿车改型开发中耐撞性及轻量化的研究

以速达公司某款车型为基础,进行车型改型开发。优化前防撞梁、前纵梁和防火墙的结构和材料,开发了一款质量轻、安全性高的紧凑型A级轿车。通过试验和有限元法对改型开发前后车型耐撞性进行分析,以防火墙侵入量、整车加速度波形、吸能盒和前纵梁的变形模式及吸能效果为改型开发目标,进行车身优化设计。结果表明,实现车身轻量化的同时,改善了整车安全性能和NVH性能。通过实车正面碰撞试验验证了结构和材料优化方案是可行的。     

基于某轿车正面碰撞的A柱折弯分析与优化

介绍了汽车碰撞仿真的基本理论,按照中国新车评价规程（C-NCAP）规范,以A柱折弯程度为研究对象,建立了汽车整车有限元模型,采用LS-DYNA求解器求解,仿真分析了轿车正面碰撞后A柱的折弯程度,以降低A柱折弯程度为优化目标,分别对前纵梁、吸能盒、前围板以及A柱进行了材料和结构优化,对比优化前后的仿真结果,得知优化后A柱折弯程度显著降低,B柱下端加速度基本不变。     

汽车薄壁吸能结构的轻量化分析

文章通过CATIA与Hypermesh软件进行三维建模与网格划分,通过ABAQUS及其子程序进行有限元分析。对汽车双帽型吸能结构在冲击下的力学性能进行分析进而实现轻量化。选用铝基碳化硅复合材料作为参照,通过与铝合金、Q235钢材料进行对比,分析得出,铝基碳化硅的吸能效果与铝合金相近且与钢差别不大,但重量只有Q235钢的40%,而且铝基碳化硅在中速撞击下结构的稳定性优于铝合金和Q235钢。