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新型轻质曲面点阵夹层结构发动机罩的行人保护研究

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新型轻质曲面点阵夹层结构发动机罩的行人保护研究

作者：代金乐湖南大学

学位级别：硕士

人体头部损伤很容易产生致命伤害,而造成行人头部致命伤害的重要原因就是行人头部与发动机罩之间的碰撞,汽车发动机罩的合理设计有助于减轻行人头部的伤害程度,因此汽车发动机罩的研究对于行人安全保护具有十分重要的意义。随着汽车技... 详细信息

人体头部损伤很容易产生致命伤害,而造成行人头部致命伤害的重要原因就是行人头部与发动机罩之间的碰撞,汽车发动机罩的合理设计有助于减轻行人头部的伤害程度,因此汽车发动机罩的研究对于行人安全保护具有十分重要的意义。随着汽车技术的快速发展,各种新型的汽车发动机罩被相继提出,在这些新型发动机罩中,夹层结构发动机罩不仅具有很好的行人头部保护效果,而且还能在减轻发动机罩质量的同时提高其吸能能力,在实际应用中具有非常好的应用前景。然而,目前研究的这些新型夹层结构发动机罩的夹芯主要是泡沫或者蜂窝材料,并没有三维点阵结构材料发动机罩的相关研究,而点阵结构具有比泡沫等材料更好的缓冲吸能效果,因此,本文提出一种新型轻质极小化曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)点阵夹层结构发动机罩,并开展了以下研究工作:(1)基于国标GB/T 24550-2009,应用LS-DYNA及HYPERMESH等有限元仿真软件建立了符合标准要求的行人头型冲击器。另外,研究工作需要用到整车模型,其结构复杂,涉及到材料非线性、接触非线性等多重非线性力学问题,因此对于整车模型的简化、边界条件以及接触条件的定义都是难点,本文通过多次调整与验证,最终获得了精度高、稳定性好的整车模型。(2)采用了一种新型的点阵材料,即三周期极小化曲面(TPMS)点阵结构。该结构是由三周期极小化曲面进行三维镜像而成,因此称为三周期极小化曲面(TPMS)点阵结构。本文使用基于LS-DYNA的非线性有限元方法研究了四种构型的点阵结构,对比分析了三种变量分别对四种构型的TPMS点阵结构耐撞性的影响,在此基础上,应用基于克里金(Kriging)近似代理模型和非分支配排序遗传算法(NSGA)的优化设计方法对仿真结果进行优化设计。在该优化设计方法中,采用克里金近似代理模型来替代高计算成本的有限元分析,来提高计算效率。(3)利用优化设计得出的最优TPMS点阵结构构建了新型的发动机罩,采用基于LS-DYNA的非线性有限元分析方法对常用的传统汽车发动机罩与三种夹层厚度的新型发动机罩的行人头部保护性能做了对比研究。结果表明利用TPMS点阵结构构造的新型发动机罩具有非常好的行人保护性能。本文的研究结果表明,TPMS点阵结构具有非常好的耐撞性,拥有很好的工程应用潜力,另外,由其构造的新型汽车发动机罩的行人安全保护性能比传统汽车发动机罩优越,在未来的汽车应用上具有很好的应用前景。

关键词：行人安全保护头型冲击器发动机罩 TPMS 有限元分析近似模型优化设计

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基于行人保护法规的小腿撞击器数值模型开发

基于行人保护法规的小腿撞击器数值模型开发

作者：彭敏华南理工大学

学位级别：硕士

随着近年经济发展,世界汽车的保有量越来越多,由汽车引起的汽车安全事故也随之增加。在汽车安全事故中,行人因为没有保护措施成为最容易受到伤害的群体。近些年来,随着行人安全逐步被各个国家地区所重视,相应法规也开始日益完善起来,我... 详细信息

随着近年经济发展,世界汽车的保有量越来越多,由汽车引起的汽车安全事故也随之增加。在汽车安全事故中,行人因为没有保护措施成为最容易受到伤害的群体。近些年来,随着行人安全逐步被各个国家地区所重视,相应法规也开始日益完善起来,我国也于2009年颁布实施了《汽车对行人碰撞保护》的国家标准。而在汽车安全事故中,腿部是最容易受伤的部位之一,因此行人安全保护的研究一个重点就是小腿的碰撞。在碰撞模拟试验中,一个能模拟碰撞分析的小腿模型无疑成为了试验的关键。此次设计便是以此为目标。在之前研究成果上对小腿撞击器数值模型进行初步模拟开发。本文在大量阅读总结国内外文献和总结前人工作经验的基础上,对国标和EEVC行人保护法规中要求的小腿进行分析。对要求使用的刚性小腿分块研究,除去皮肤肌肉后得到了胫骨和股骨,进一步分析得到胫骨和股骨的质量、质心和质量惯性矩的要求。在对胫骨和股骨进行简化和参数化过后,用分析得到的质量质心和质量矩作为目标利用matlab求解胫骨和股骨零部件参数。利用三维软件绘制小腿撞击器模型,得到符合几何参数要求的小腿撞击器。对已获得的小腿撞击器,采取计算机有限元的方法,对小腿撞击器进行仿真分析。在有限元软件LS-DYNA中按照国标和EEVC法规要求,对小腿撞击器进行模拟静态剪切试验、静态弯曲试验和动态冲击试验的验证。经验证设计的撞击器符合法规力学性能要求,最终得到符合要求的撞击器的数值模型。本文以刚性小腿撞击器为研究对象进行设计和验证,对日后开发更逼真的柔性小腿撞击器积累了经验奠定了基础,也为后期保险杠的优化设计做了准备。

关键词：行人安全保护小腿撞击器有限元 LS-DYNA

面向行人保护的负泊松比材料蜂窝夹层发动机罩设计研究

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面向行人保护的负泊松比材料蜂窝夹层发动机罩设计研究

作者：王腾博郑州大学

学位级别：硕士

随着现代汽车工业步入新时代,国内汽车保有量持续正增长,与此同时每年交通事故量也不断攀升,严重危及到行人与乘客的生命安全。因此,研究汽车行人保护技术可以有效提高对行人的生命安全保障,最大程度地减少碰撞事故对行人造成的伤害。... 详细信息

随着现代汽车工业步入新时代,国内汽车保有量持续正增长,与此同时每年交通事故量也不断攀升,严重危及到行人与乘客的生命安全。因此,研究汽车行人保护技术可以有效提高对行人的生命安全保障,最大程度地减少碰撞事故对行人造成的伤害。本文通过分析国内外发动机罩设计和负泊松比材料的研究现状,参照行人保护标准法则建立了头部冲击器有限元模型,采用负泊松比超材料设计理论提出了一种新型内凹工字形蜂窝结构,并运用数值模拟方法研究了其变形模式与吸能特性,完成了该结构的耐撞性多目标优化,设计了一种负泊松比材料蜂窝夹层式发动机罩。论文研究主要包括以下内容:1、参照行人保护标准法则GB/T 24550-2009和C-NCAP 2021版的行人保护试验,使用非线性显式动力学软件LS-DYNA和HyperWorks建立了行人头部冲击器有限元模型,完成了对标仿真验证。通过对整车模型进行简化和边界处理,获得了符合标准要求的车辆前端模型,并划定了头型冲击器碰撞区域。2、采用负泊松比超材料设计理论,在内凹六边形蜂窝结构基础上,提出了一种新型内凹工字形蜂窝结构。利用软件ABAQUS对其进行了仿真分析,分别研究了在面内和面外冲击作用下蜂窝结构的变形模式和能量吸收等动力学响应,并将其与传统六边形蜂窝和内凹六边形蜂窝的抗冲击性能进行了对比分析。对比结果表明,该内凹工字形蜂窝具有较好的能量吸收特性和冲击载荷一致性。3、根据内凹工字形蜂窝的动态冲击特性,建立了其响应面模型,利用遗传算法NSGA-Ⅱ获得了Pareto前沿,在保证仿真精度和计算效率的同时,完成了内凹工字形蜂窝结构的耐撞性多目标优化,得到了其最优设计参数。4、根据内凹工字形蜂窝的最优参数,建立了蜂窝结构等效替代模型,设计了一种内凹工字形蜂窝夹层的发动机罩,并使用软件LS-DYNA分别对原发动机罩和两种不同夹层厚度的新型发动机罩进行了仿真和对比分析。结果表明新型发动机罩具有更好的行人头部保护性能,并实现了其轻量化设计。论文研究对负泊松比材料和蜂窝夹层式发动机罩设计具有一定的参考价值。

关键词：行人安全保护负泊松比材料发动机罩内凹工字形蜂窝结构多目标优化设计

面向行人保护的复合材料蜂窝夹层结构发动机罩设计

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面向行人保护的复合材料蜂窝夹层结构发动机罩设计

作者：齐佳旗郑州大学

学位级别：硕士

随着全球经济的发展,汽车销量逐年攀升,汽车保有量也在逐步增加,随之而来的道路交通安全问题也日益严重,其中行人头部与发动机罩之间的碰撞极易对行人造成致命伤害。为了减轻行人在与汽车发动机罩发生碰撞时头部受伤害的程度,本文通过... 详细信息

随着全球经济的发展,汽车销量逐年攀升,汽车保有量也在逐步增加,随之而来的道路交通安全问题也日益严重,其中行人头部与发动机罩之间的碰撞极易对行人造成致命伤害。为了减轻行人在与汽车发动机罩发生碰撞时头部受伤害的程度,本文通过试验与仿真结合的方式,探究了结构参数对复合材料蜂窝夹层板在低速冲击下力学性能的影响,进而设计了一种碳纤维树脂基复合材料(CFRP)蒙皮-铝蜂窝夹层结构汽车发动机罩,探求了具有最佳头部保护效果的结构参数设计方案。首先,本文进行了低速冲击载荷下蜂窝芯单元尺寸对夹层板冲击性能影响的试验探究,并基于三维Hashin失效准则、渐进损伤模型和内聚力模型,在有限元仿真软件ABAQUS中建立了精细化的CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击有限元模型。根据试验结果验证了所建仿真模型具有良好的准确性,进而基于该模型探究了蜂窝芯高度、蜂窝芯铝箔厚度和蒙皮厚度等对于蜂窝夹层板低速冲击力学性能的影响。其次,基于GB/T 24550-2009《汽车对行人的碰撞保护》法规,搭建了儿童行人头部冲击模型,进而建立了儿童行人头部冲击某型汽车发动机罩的仿真模型,发现在发生交通事故时,原车钢制发动机罩对行人头部未能起到良好的保护作用。最后,建立了复合材料蜂窝夹层结构发动机罩有限元模型,采用L9(3)正交试验设计的方法,进行了四因素三水平的仿真探究,根据结果对比发现了对行人头部保护效果较好的设计方案,结果表明所设计的新型发动机罩具有良好的行人头部保护性能,头型冲击器在各冲击点的损伤值均低于国标阈值,且其轻量化效果显著,新型蜂窝发动机罩的质量仅为原车发动机罩的25.02%。本文的研究结果表明,复合材料蜂窝夹层结构发动机罩可在与行人发生交通事故时,有效地吸收冲击能量,保护行人头部,降低人身伤害,具有很好的工程应用潜力。

关键词：行人安全保护发动机罩蜂窝夹层结构有限元分析正交试验设计

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基于行人保护的汽车前端结构设计与研究

基于行人保护的汽车前端结构设计与研究

作者：曹军帅山东理工大学

学位级别：硕士

在人车碰撞事故中造成行人死亡的原因主要有头部损伤和胸部损伤,造成行人残疾的主要原因是下肢损伤,因此研究行人安全保护方法减轻行人头部、胸部及下肢损伤具有重要意义。本文首先建立了人车碰撞事故中的行人和车辆仿真模型,通过对行... 详细信息

在人车碰撞事故中造成行人死亡的原因主要有头部损伤和胸部损伤,造成行人残疾的主要原因是下肢损伤,因此研究行人安全保护方法减轻行人头部、胸部及下肢损伤具有重要意义。本文首先建立了人车碰撞事故中的行人和车辆仿真模型,通过对行人与汽车碰撞事故的模拟仿真,分析人车碰撞角度、碰撞车速、行人运动姿态对行人身体各部位的损伤影响。然后通过分析国内外行人安全保护研究的现状以及最新技术,提出使用气囊来抬升发动机罩盖的方法,以使得在碰撞事故中抬升发动机罩盖来降低行人损伤程度,在原始汽车模型上建立举升气囊模型抬升发动机罩盖,仿真结果表明使用气囊式举升装置抬起发动机罩盖时,行人模型的头部伤害值HIC下降了78.9%;胸部最大合成加速度下降了32.92%,能够很好的减轻行人损伤。最后借鉴交通事故中车内安全气囊对乘员的保护作用,提出在前保险杠处添加安全气囊的方法,来减轻碰撞对行人下肢的损伤,在原始汽车模型上建立前保险杠安全气囊,仿真结果表明,前保险杠安全气囊使得行人右小腿最大弯矩绝对值降低了20.27%;右大腿最大弯矩绝对值降低了37.14%,能够很大程度的减轻下肢损伤。本文的研究是对我国行人安全保护技术的有益探索,总结出的碰撞事故中行人损伤因素以及行人安全保护技术方法,可以为进一步的开展行人安全保护研究提供参考和帮助。

关键词：气囊式举升装置主动式发动机罩保险杠安全气囊人车碰撞事故行人安全保护

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满足行人腿部保护要求的保险杠部件改进

汽车零部件 2018年第6期 1-5页

作者：曲杰徐梁马强华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

介绍我国行人保护推荐标准中的下腿型对保险杠的试验,并对刚性下腿型冲击器模型进行标定,确定其满足标准对试验冲击器的要求。将保险杠总成几何模型合理简化并转化为有限元网格,赋予应变率相关的材料,按照标准选择碰撞点,建立了完整的... 详细信息

介绍我国行人保护推荐标准中的下腿型对保险杠的试验,并对刚性下腿型冲击器模型进行标定,确定其满足标准对试验冲击器的要求。将保险杠总成几何模型合理简化并转化为有限元网格,赋予应变率相关的材料,按照标准选择碰撞点,建立了完整的下腿型对保险杠试验的有限元模型。根据试算结果,对吸能泡沫部件进行改进设计,并应用于仿真分析,验证了下腿型冲击器的各项指标满足行人保护要求;同时根据仿真能量统计得出结论,吸能泡沫部件对于行人腿部保护具有重要作用。并总结了改进吸能部件的方法。

关键词：行人安全保护下腿型冲击器保险杠汽车碰撞有限元仿真改进设计

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基于行人保护的头部撞击器开发与冲击试验

基于行人保护的头部撞击器开发与冲击试验

2009年广东先进制造技术(佛山)活动周

作者：谢振光兰凤崇陈吉清李宇彤裘芝敏华南理工大学机械与汽车工程学院广东福迪汽车有限公司

目前,欧洲、日本等国已经制定了行人安全保护法规。而国内相关部门对于制定我国的行人保护法规和标准还处在研究和讨论阶段。针对交通事故中行人头部受到的伤害往往是致命的情况,对欧洲行人安全保护法规中有关头部的测试项目做了深入的... 详细信息

目前,欧洲、日本等国已经制定了行人安全保护法规。而国内相关部门对于制定我国的行人保护法规和标准还处在研究和讨论阶段。针对交通事故中行人头部受到的伤害往往是致命的情况,对欧洲行人安全保护法规中有关头部的测试项目做了深入的探讨,并基于欧洲行人安全保护法规(2003/102/EC指令),提出了一种行人头部撞击器的设计方法,开发了一种适用于行人头部撞击器冲击试验的简易装置,为我国进行实车的行人安全性能测试提供参考。

关键词：碰撞行人安全保护头部撞击器冲击测试

来源： cnki会议评论

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基于行人保护的头部撞击器开发与冲击试验

基于行人保护的头部撞击器开发与冲击试验

2009海峡两岸机械科技论坛

作者：谢振光兰凤崇陈吉清李宇彤裘芝敏华南理工大学机械与汽车工程学院广东福迪汽车有限公司

目前,欧洲、日本等国已经制定了行人安全保护法规。而国内相关部门对定我国的行人保护法规和标准还处在研究和讨论阶段。针对交通事故中行人头部受到的伤害往往是致命的情况,对欧洲行人安全保护法规中有关头部的测试项目做了深入的探讨... 详细信息

目前,欧洲、日本等国已经制定了行人安全保护法规。而国内相关部门对定我国的行人保护法规和标准还处在研究和讨论阶段。针对交通事故中行人头部受到的伤害往往是致命的情况,对欧洲行人安全保护法规中有关头部的测试项目做了深入的探讨,并基于欧洲行人安全保护法规（2003/102/EC指令）,提出了一种行人头部撞击器的设计方法,开发了一种适用于行人头部撞击器冲击试验的简易装置,为我国进行实车的行人安全性能测试提供参考。

关键词：碰撞行人安全保护头部撞击器冲击测试

来源： cnki会议评论

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多锥型铝合金发动机罩盖的结构设计

机械设计与制造 2014年第2期 80-83页

作者：韩淑洁魏民祥青岛远洋船员职业学院机电系山东青岛266071 南京航空航天大学江苏南京210016

针对轻量化设计中铝制梁式发动机罩盖在发动机盖到发动机舱之间的硬点距离小于75mm时,不能满足碰撞时行人安全保护的问题,设计开发了多锥形结构的铝合金发动机罩盖。运用非线性有限元法,在ANSYS中分别建立了行人头块、发动机罩盖内板和... 详细信息

针对轻量化设计中铝制梁式发动机罩盖在发动机盖到发动机舱之间的硬点距离小于75mm时,不能满足碰撞时行人安全保护的问题,设计开发了多锥形结构的铝合金发动机罩盖。运用非线性有限元法,在ANSYS中分别建立了行人头块、发动机罩盖内板和外板的有限元模型。对多锥型铝制发动机盖的性能进行了人-车碰撞仿真分析,结果表明:新设计的多锥型铝制发动机盖可以在发动机罩盖到发动机舱之间的硬点距离不小于62mm的情况下,可以满足行人碰撞安全保护,提高了人-车正面碰撞时汽车的被动安全性。

关键词：多锥型发动机罩盖铝合金罩盖轻量化设计行人安全保护