基于实验设计的车身吸能结构的抗撞性研究

作     者：刘唐英 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯淑娟

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：薄壁方管 有约束实验设计 新型板材 三水平析因设计 正面碰撞 侧面碰撞 

摘      要：汽车的抗撞性能是汽车被动安全性研究的关键。为了使车身结构在碰撞过程中具有更好的抗撞性能，本文基于实验设计和变量筛选方法，研究了冲击载荷下的车身薄壁吸能结构的吸能特性和正面及侧面碰撞载荷下整车的抗撞性能，用于提高车身及其结构的被动安全性能。 对于薄壁结构而言，峰值碰撞力和总吸能量是两个重要的抗撞性能指标。在碰撞过程中，基于身体损伤生物力学的考虑，一般要求峰值碰撞力尽可能的小，而同时又希望总吸能量尽可能的大。然而，在不改变原有结构的条件下，这两者很难兼顾。为了解决薄壁结构碰撞时峰值碰撞力与总吸能量之间的矛盾，本文分别以薄壁结构的板材厚度和屈服强度为研究对象，以有约束条件的两因素实验设计、多项式响应面模型和优化算法为研究手段，采用激光拼焊板和热成形梯度强度板这两种新型板材对薄壁方管进行了抗撞性优化设计研究。首先，使用激光拼焊板对薄壁方管的板材厚度进行抗撞性研究，获得了薄壁方管各段的最佳板材厚度。其次，利用热成形梯度强度板对薄壁方管的屈服强度进行抗撞性研究，获得了薄壁方管各段的最佳屈服强度。研究结果表明：合理分配薄壁方管各段的板材厚度和屈服强度,使用激光拼焊板和热成形梯度强度板能够有效协调薄壁方管峰值碰撞力与总吸能量之间的矛盾，使其具有最佳的抗撞性能，从而得到了对薄壁结构抗撞性能最优的板材厚度和屈服强度。 此外，以三水平无重复饱和析因设计方法为研究手段，研究了整车在正面和侧面碰撞载荷工况下的抗撞性能。通过给出的三个检验统计量对正面和侧面碰撞载荷下13个车身吸能部件进行因子筛选，以抗撞性能指标为筛选准则，选出显著因子作为设计变量。在正面碰撞中，最优模型相较于初始模型左侧B柱底部加速度减小了5.465%，总内能和所选13个部件的内能之和分别增加了0.359%和0.153%。在侧面碰撞中，最优模型相较于初始模型B柱的最大侵入量、B柱腰线处的侵入速度、非碰撞侧B柱下部首个加速度峰值和所选部件的质量分别减小了19.129%、10.373%、4.714%和12.344%。 研究结果表明，本文的抗撞性优化研究在一定程度上提高了车身及其吸能部件的抗撞性能，并可以为整车的被动安全性研究提供一定的参考。