爆炸冲击下客车车身结构变形特性及乘员安全性研究

作     者：涂进进 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：乔维高

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：客车 爆炸冲击 数值模拟 车身结构变形 乘员安全性 

摘      要：近年来,恐怖主义活动猖獗,恐怖爆炸袭击也已成为了危害国家安全和社会稳定和人们幸福生活的毒瘤,据调查数据显示每年的爆炸恐怖袭击事件占所有恐怖事件的50%以上。当车辆遭受爆炸袭击时,乘用车有侧气囊会起到一定保护作用,而客车无相应保护措施,且其载客量大,冲击波作用时间长,车内乘员所受伤害将更加严重,而目前国内外学者对车辆受爆炸冲击防护的研究主要针对军用车辆,因此开展普通客车受爆炸冲击波作用的防护研究十分必要。文章首先分析了目前国内外学者应用于爆炸数值模拟各方法的优缺点,比较了ALE法与CONWEP法下板壳结构的变形特征后选定CONWEP法作为客车侧面爆破模拟计算的方法。然后叙述了利用HyperMesh建立客车整车有限元模型的步骤,以LS-DYNA求解,Ls-Prepost和HyperView进行后处理,分析了车身结构在爆炸冲击作用下的应力分布和变形情况,以及车内各位置处乘员的头部伤害HIC值和胸部伤害CSI值。最后研究了客车车身结构进行防爆设计的改进方法,研究了在车身骨架间填充泡沫材料形成“三明治结构对车身结构件的变形特性和乘员头部及胸部的伤害情况,客车车身蒙皮厚度对车内乘员安全性的影响及根据Hopkinson建立的立方根比例相似定律不同固定比例距离Z=R/W下,爆炸冲击波对车内乘员安全性的影响。结果表明,在10kg当量TNT的炸药和车辆侧面3m距离下,填充泡沫材料使该客车结构侵入量和变形量分别减少了6.84%、7.83%以上,且车内乘员的安全性得到大幅提高;随着车身蒙皮厚度的增加,车内多处乘员头部的伤害呈减小趋势,但对于离冲击波较远的地方(特别是车辆的背爆面),车身蒙皮厚度的变化对头部伤害影响较小;冲击波对乘员头部HIC值的影响主要体现在z≤3时,而对胸部伤害的影响主要表现在z≤2时,当z≥3时冲击波对客车车内乘员安全性的影响较小。本文通过仿真计算分析了客车侧面遭受爆炸袭击时车身结构的变形特性及乘员安全性,提出的结构改进措施对客车防爆性能的提升具有重要意义。