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作者：

张龙至

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摘要：

随着我国经济的飞速发展,汽车保有量急剧增多,导致汽车碰撞事故发生的概率也随之增加。在众多形式的碰撞事故中,正面碰撞由于伤亡人数最多,且发生比率最高,得到了国内外研究学者的重视。前纵梁作为车身前部最重要的吸能元件,主要通过在碰撞过程中的褶皱变形,尽可能多的吸收碰撞动能,以达到保护乘员的目的。因此,在不改变汽车的车身结构和其他条件的情况下,通过优化汽车前纵梁的结构,使其具有较好的碰撞性能,对提高车辆的正面碰撞安全性具有十分重要的现实意义。首先,在了解了汽车被动安全性的评价方法、汽车前纵梁的国内外研究现状后,本文以显式非线性有限元理论为基础,介绍了汽车碰撞过程中的非线性特性,分析研究了汽车碰撞模拟中采用不同的壳单元算法、选取不同大小的单元尺寸、划分网格的疏密情况、不同的焊点模拟方式、沙漏控制的设置以及接触设置等主要控制参数对仿真精度的影响,为建立整车正面碰撞有限元模型奠定理论基础。随后,根据所研究的影响碰撞仿真精度的因素,选取国内某款轿车进行研究,采用以三维CAD模型为基础的有限元建模方法,建立了该款轿车正面撞击刚性墙有限元模型,按照我国C-NCAP中的规定,选取轿车与刚性墙的碰撞初始速度为50km/h(13.89m/s),对整车正面碰撞情况进行仿真分析,并从碰撞加速度、刚性墙反力、主要吸能部件三个方面评价了该款轿车的正面碰撞安全性。通过评价轿车的碰撞安全性可知,在轿车正面碰撞过程中,前纵梁碰撞性能的好坏直接影响着轿车的正面碰撞安全性。因此,提取出整车有限元模型中的单一部件——前纵梁,对其正面碰撞性能进行研究。通过碰撞过程中的最大冲击载荷Fmax以及碰撞过程中吸收的总能量E来评价该前纵梁的碰撞安全性。最后,从前纵梁的厚度处入手,以前纵梁在碰撞过程中受到的最大冲击载荷Fmax的最小化和碰撞过程中吸收的总能量E的最大化作为优化目标,对前纵梁进行结构优化,研究前纵梁厚度的改变对其碰撞安全性能的影响,并将优化后的前纵梁应用于整车中,验证优化后的前纵梁对提高整车正面碰撞性能的有效性。

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关键词：

前纵梁 正面碰撞 结构优化 碰撞性能