1、基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析 汽車工程系楊 兆 2006-10-26基于有限元方法的汽車新型前縱梁吸能特性分析 汽車工程系項目的研究意義汽車安全問題是當今汽車發展的四大主題之首位。汽車被動安全性技術是汽車安全性研究的重要內容。 在車輛交通事故中，正面碰撞事故占事故總量的一半左右。 提高汽車車身結構的安全性是汽車問世以來最重要的研究課題之一。提高汽車結構的安全性，既使汽車碰撞部位的塑性變形盡量大，吸收較多的碰撞能量，降低汽車減速度的峰值，盡量減少一次碰撞的強度。 項目的研究意義汽車安全問題是當今汽車發展的四大主題之首位。汽當汽車發生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區”的塑性變

2、形來吸收碰撞時的動能，其中主要是端部底架結構的大變形來緩和沖擊和吸收沖擊動能。對于車架汽車端部底架結構上的前縱梁是主要的吸能構件。研究結果表明在汽車前部縱向碰撞事故中，70%以上的汽車沖擊動能必須由縱梁承受才能保證乘坐室的完整性與小變形性。因此，縱梁的吸能能力極為關鍵。而前縱梁前端的結構的吸能特性和變形模式，決定著車身在撞擊時的加速度的響應，對 乘員保護來說有著非常重要 的作用。 當汽車發生正而碰撞時，主要由汽車車身前部的“壓潰區”的塑性變國內外研究現狀對于汽車被動安全性的研究主要從實車碰撞試驗和計算機模擬試驗兩種方法進行。 國外采用系列軟件對車輛建立有限元模型，用于分析車輛在碰撞過程中，車身

3、和局部的變形狀態，找出位移、速度、加速度和能量變化的關系，用于評價車輛的被動安全性能。 被動安全發展趨勢:其一、車內外的全面保護；其二、被動安全保護裝置的智能化。本研究結合了當前被動安全的發展趨勢，從保護成員的安全和智能化要求為目標出發，實現車輛被動安全的合理改進。 國內外研究現狀對于汽車被動安全性的研究主要從實車碰撞試驗和計研究目標與解決的關鍵問題基于有限元方法，對汽車發生高速碰撞時，汽車前縱梁上安裝吸能緩沖裝置的吸能特性進行分析。并確立吸能緩沖機構的形式與尺寸。其中主要涉及的關鍵問題有：模型的建立問題、有限元分析問題（網格劃分與邊界條件建立）、材料選擇問題以及尺寸確定問題。 研究目標與解決

4、的關鍵問題基于有限元方法，對汽車發生高速碰撞時研究內容理想的縱梁設計應該充分利用許可變形，配合端部底架結構上的其他部件，吸收汽車碰撞中的絕大部分動能，并使車身產生對人體傷害最小的碰撞力波形。根據上面設想，研究內容主要有以下幾個方面：1、吸能結構的形式設計；2、實體模型建立，仿真模型建立，動態仿真分析，得出高速碰撞下吸能緩沖裝置的速度、加速度與能量損失的關系；3、優化吸能裝置尺寸結構。 原理示意圖研究內容理想的縱梁設計應該充分利用許可變形，配合端部底架結構擬采取的方法 通過實體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁進行模型建立與碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。設計吸能緩沖裝置，并將吸能緩沖裝置

5、在前縱梁中應用，分析起吸能特性。經過分析之后得到吸能特性曲線和碰撞減速度曲線，通過改變相應參數優化吸能緩沖裝置，使其在實際中得到應用。 擬采取的方法 通過實體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁有限元模型仿真模型加速度與能量圖有限元模型仿真模型加速度與能量圖技術路線技術路線圖技術路線技術路線圖可行性分析（1）從項目研究的目的意義上分析立項是必要的、可行的。本項目對于汽車安全性的研究具有重要的意義。（2）從項目的應用前景、學術價值上分析立項是可行的。本項目順應當前汽車安全性研究的熱點，對于車輛碰撞安全性具有一定的應用價值。（3）從現有條件和課題成員技術實力上分析本項目的研究是可行的。課題組成員

6、職稱、年齡結構合理，對于此項研究有深入的基礎，在試驗條件和設備上能夠很好滿足研究需要。 可行性分析（1）從項目研究的目的意義上分析立項是必要的、可行本項目的特色與創新之處 （1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝置，在汽車發生高速碰撞時，碰撞力通過前保險杠直接作用該裝置上，吸收巨大的碰撞能量，使汽車碰撞過程中的變形區域控制在該吸能裝置壓縮行程之內，使汽車的破壞程度最小化。（2）根據車速的變化自動調整吸能能力，保證碰撞過程中平穩，給成員提供最優的安全保護。本項目的特色與創新之處 （1）在汽車的前部安裝一種緩沖吸能裝研究進展2006.12.012007.04.30 對新的吸能結構進行建立模型，并驗證可

7、行性；2007.05.012007.12.30 建立新的車架前縱梁結構模型，進行吸能特性分析；2008.01.012008.08.30 對比原始與加裝吸能結構的車架前縱梁的吸能特性；2008.09.012008.11.30 整理結題報告，準備結題，結題。研究進展2006.12.012007.04.30 對新的吸經費預算 序號使用項目金額（元）1調研費1500.002差旅費1000.003文章版面費1500.004易耗品500.005其它500.00合計￥5000.00經費預算 序號使用項目金額（元）1調研費1500.002差旅現有的工作基礎 1、本課題主持者主要從事汽車被動安全性分析研究，讀研

8、究生期間主要研究內容為交通事故快速再現方法研究；2、發表相關論文：（1）楊兆，雷正保，周宇. 碰撞事故再現的快速仿真. 長沙理工大學學報，2006，3（1）（2）楊兆，雷正保. 基于ADAMS仿真求解集裝箱正面吊運機作業穩定系數. 港口裝卸，2005，6（3）雷正保，楊兆. 汽車護欄碰撞系統的安全性研究. 汽車工程，2006，28（2）（4）雷正保，楊兆. 三波護欄的耐撞性研究. 公路交通科技，2006，23（7）（5）雷正保，楊兆. 汽車撞擊護欄時乘員的安全性研究. 振動與沖擊，2006，25（2）（6）周宇，雷正保，楊兆. 基于預變形控制理論的汽車前縱梁仿真設計. 長沙理工大學學報，2005，2（4）3、課題組搜集和查閱了大量相關資料，并熟悉相應仿真軟件的使用。現有的工作基礎 1、本課題主持者主要從事汽車被動安全性分析研預期目標與研究成果形式通過實體建模軟件和有限元分析軟件對某汽車前縱梁進行模型建立與碰撞吸能特性分析，得出其吸能特性。設計吸能緩沖裝置，并將吸能緩沖裝置在前縱梁中應用，分析起吸能特性。經過分析之后得到吸能特性曲線和碰撞減速