相连接，因此既要保证工艺要求，又要有足够的刚度，主要的作用在于当车身受到撞击时将冲击载荷传递给吸能的压溃杆，同时又不能让压溃杆顶破前围板。图为初始设计的数模，该结构虽然能够起到传递载荷的作用，但是占用了定的空间，使得压溃杆的有效距离缩短，降低了压溃杆的作用，而且不易固定，改进为图所示的结构。这部分的厚度，最终确定为.。图压溃杆横梁初始数模图压溃杆横梁最终数模.本章小结本章简单介绍了车辆纵向碰撞理想特性及结构设计的约束条件，并依此设计碰撞缓冲区，同时利用完成了数模。第章改进车型的碰撞安全性分析.改进后汽车碰撞仿真结果车身变形分析从仿真历程来看，由于缓冲区的存在，前围板等组件的刚度适当增加，能够将碰撞力传递给压溃杆，压溃杆因为其适当的刚度，在变形吸能的同时将碰撞力传递给后面的组件，使后面的组件也能比较早的参与到变形吸能中来。从仿真结果可以看到碰撞后驾驶室变形图到图与车架前端的变形有所缓解，驾乘空间比原车也有所增加，车架碰撞变形后的长度也比原车有所增加。对于非承式车身来说，驾乘空间在很大程度上取决于车架的变形。速度变化分析图是改进车型上底板与驾驶员座椅连接点的速度曲线。改进车型的速度曲线与原车的速度曲线并无明显差别，衰减到零的时间基本差不多。从以前曲线形状来看，新车型的速度曲线可以分成四段近似线性的曲线，曲线上有三个拐点，而原车型此点的速度曲线可以分成五段，近似线性的只有二段，曲线上的拐点有四个。加速度变化分析图是改进车型驾驶员在底板上放脚点的加速度曲线，与原车碰撞仿真中的选点是同个。加速度曲线的最大峰值大约为，比原车仿真中些点此时的加速度值减少。从整个加速度曲线来看，时的峰值为，比原车降低了约半，而且到最大峰值之间的曲线也相当平缓，这说明现在的结构件达到了预期的效果，起到了缓冲吸能的作用，降低了加速度，方案是正确的。在此基础上进行优化便可达到最佳的效果。图改进车型的碰撞加速度曲线能量变化对比图改进车型的能量吸收曲线前围组件，缓冲结构，保险杠总成及新的连接件的吸能曲线如图，有两个比较明显的变化。是开始阶段，吸能有所增加，这是因为前围等组件刚度的适当增加。这部分的刚度增加，本身变形吸能会增加这部分刚度增加后，会起到把碰撞力往后传递的作用，使后面的组件尽早参与到变形吸能中，增加这阶段的总吸能量。二是最后吸能的总量比原车中这些组件多了三分之左右。缓冲装置的变形吸收了这部分多出来的能量，从而减少了传递给驾乘人员的能量冲击。.压溃杆的优化从车身模型改进前后的碰撞结果分析可以看出，改进的设计起到了预想的作用。但是为了更进步发挥其缓冲吸能的作用，本文在不改变车身结构的基础上对缓冲装置进行优化，使缓冲吸能的效果能达到最佳。图四种形状的吸能管汽车碰撞过程中，碰撞能量的吸收主要是依靠大量薄壁构件的塑性变形。而薄壁构件的碰撞吸能大小受到很多方面的影响，除了与自身的材料有关外，还与焊点材料壁厚横截面形状以及预变形密切相关。本文所设计的缓冲装置主要吸能件并没有利用焊接，所以可以不考虑焊点的影响。本文从横截面形状材料壁厚及预变形这三个方面进行优化。图是本文所用的四种压溃杆，矩形截面的边长为，圆形截面的直径为。前两者是矩形横截面的，第个所以是分体式，是从工艺上考虑加工预变形槽比较方便，后两者是圆形横截面的。前两者之间的不同在于预变形设计的不同，同理，后两者之间的不同也在于预变形设计的不同。预变形技术是通过人工的方法预先使结构的些部位弱化或强化，从而引导结构在碰撞时候朝着褶皱压缩的方向发展。但预变形既有可能提高部件的撞击能量吸收水平，也有可能起到相反的作用。图是在同壁厚下，四种不同压溃杆在瞬时碰撞中的能量吸收情况。可以看出吸收能量最少的就是第四种波纹管，也就是说在圆形截面设计中，预变形降低了结构的吸能量。其余三种设计在能最的吸收上相差不多，从中可以看出矩形截面设计中，预变形槽的多少没有太大关系。图四种管的能量吸收情况图方形截面管的碰撞加速度曲线同是直梁件，但不同形状的横截面就会导致碰撞特性的不同。在同壁厚下，我们对四种设计进行碰撞，然后对它们的加速度曲线进行分析。图是矩形截面管的碰撞加速度曲线，图是圆形截面管的碰撞加速度曲线。可以看出圆形管的加速度值远小于方形管的加速度值。综合考虑四种压溃杆的吸能曲线与加速度曲线，如果四种压溃杆吸收的能量在同水平时，方形管与波纹管的加速度将会比圆形直管大很多，如果四种压溃杆的加速度在同水平时，圆形直管吸收的能量又将是最多的。不难看出圆形直管是最佳设计，综合碰撞性能最好。图最终车型的碰撞加速度曲线在选定圆形直管后，再对碰撞模型以不同壁厚反复进行仿真，就可以找出最合适的壁厚。最终确定的壁厚是.，再厚将会引起加速度值增大，而薄了就会造成吸能不足，无法将其碰撞吸能发挥到最佳。图是采用圆形吸能管的改进车型的加速度曲线与图.图是同点，峰值为左右，比原车降低了，整个曲线没有太大的波峰与波谷。碰撞终了整车长度，比原车增加了.碰撞后，驾驶室的长度为比原车多了。.本章小结对改进车型进行仿真计算并比较改进前后车型的仿真结果，优化安置在保险杠与车架之间的压溃杆，使整车的碰撞安全性得到最大提高。第章总结与展望.总结随着社会的发展和人们生活水平的提高，汽车的安全性特别是碰撞安全性问题越来越引起人们的关注并成为了重要的购车因素，所以汽车的碰撞安全性已成为汽车企业与用户共同追求的目标。本文的创新点本课题的主要工作是分析和优化轻型货车的碰撞安全性，在完成课题的过程中，主要有以下两个创新点研制了应用于平头轻型货车的缓冲吸能装置。本文章在参考了大量国内外关于汽车缓冲吸装置的基础上，结合平头轻型货车的实际情况，设计了种全新的不必改变整车长度且不影响原车的造型风格的缓冲吸能装置。经过仿真分析，证明这设计是在提高轻型货车碰撞安全性方面是有效的。对不同的缓冲吸能设计进行了对比分析与优选。系统研究了四种不同形式的缓冲吸能管件，从结果中分析出哪种横截面适合吸能，哪种横截面适合缓冲，以及预变形在各种形式中所起的正反作用。.展望随着人们生活水平的提高，对汽车碰撞安全性的要求必然越来越高，而关于汽车碰撞方面的研究国内刚刚开始，还有许多工作需要深入探讨。由于本人知识水平疏浅以及课题时间有限等主客观原因，本文所做工作难免流于肤浅，拟出以下几点后续工作.整车模型的进步完善。本文的仿真过程中，对整车模型进行了简化，不是太完善，应该进步完善。在仿真过程中，应该考虑内饰缓冲材料和填充材料尤其是车门，对碰撞的影响作用，而本文建立的模型中，忽略了内饰件和填充材料对些部件之间的联结处理也应该再详细合理材料模型也应该更丰富。.以实车试验来研究碰撞安全性是不可缺少的方法。汽车碰撞安全性研究最有效的方法是实车碰撞，所以实车碰撞是不能够缺少的。要想仿真效果真实，须经过大量的试验验证和修改，而且最后也须经过实车碰撞来验证结果的好坏。实车试验与虚拟仿真相结合才能快速有效的提高汽车的碰撞安全性。.进步的研究应该以乘员为像。研究汽车碰撞安全性的最终目的是对乘员进行保护，所以应该以乘员的响应来作为改进汽车碰撞安全性的主要依据，进行关于乘员安全安全带安全气囊以及人体损伤评价等的研究。致谢本学位论文是在导师张伟教授与郑德林教授的共同指导下完成的。从论文的选题研究方法和技术路线的确定，直到论文的定稿，无不凝聚着老师们的心血。两位老师以渊博的学识，严谨求实的治学态度，以及身体力行的工作作风，使我受益终身。老师孜孜不倦的教诲和生活上的关怀使我终生难忘。值此论文完成之际，谨向两位敬爱的老师致以深深的感谢和崇高的敬意。在课题选择之前期准备工作中，得到了郭新华教授和席振鹏教授热情无私的指导，他们为论文的顺利完成提供了多方面的帮助，在此表示衷心的感谢！同时还有汽车系的各位老师的热情和教诲使我受益匪浅，在此表示衷心的感谢！感谢同宿舍的舍友王泳杨治超李伟楠王杨，他们使我四年的大学生活充满了欢乐。最后，感谢家人多年来所给予的精神上的理解和物质上的支持！参考文献钟志华,张维刚，曹立波等．汽车碰撞安全技术．机械工业出版社，黄世霖，张金换，王晓冬等．汽车碰撞与安全．清华大学出版社，王瑄，李宏光，赵航等.现代汽车安全.人民交通出版社，魏朗，刘浩学．汽车安全技术概论．人民交通出版社，刘晶郁，李晓霞．汽车安全与法规．人民交通出版社，葛如海，刘志强，陈晓东．汽车安全工程．化学工业出版社，美国公司赵海鸥．动力分析指南．兵器工业出版社白金泽．理论基础与实例分析．科学出版社.自由形状特征建模培训教程．清华大学出版社，.,,.,.,,,.,.,,附录汽车的碰撞安全性越来越得到人们的重视,不论是对轿车小客车或其它类型的车辆。由于进行碰撞试验往往需要许多时间与金钱,计算机仿真就是条较好的方法。而且,汽车被动安全性研究的有限元方法的发展,非线性动力显式有限元方法的进步,使得利用计算机仿真来进行汽车安全性评价与改进成为可能。目前,各大汽车公司与研究机构已着手研究从仿真分析的结果中推演出进步的修改方案,达到在汽车重量与碰撞特性等方面最优的研究。本文以提高汽车耐撞性为目标,以型七座小客车的初步设计方案为基础,建立了用于正面碰撞仿真的前部碰撞有限元模型,并进行了计算机碰撞模拟,提出了改进方案,提高了汽车的被动安全性设计水平,从而提高了新车型满足碰撞全法规的成功率。在对汽车进行碰撞性能有限元分析时,汽车整车的建模工作量巨大。本文中的整车有限元模型中的各个零件均由各零件的或格式的几何模型转入有限元建模软件并进行网格划分,再进行装配而成。碰撞分析的有限元模型的节点数和单元数都超过了万,规模较大。有限元分析软件采用,它是当前在汽车碰撞有限元仿真中应用较多的个非线性动力显式有限元软件,它的主要算法采用描述增量法,利用显示中心差分法离散时间域,积分时间步长大小受稳定性准则制约。整车结构由多个元件装配而成。建模时,连接的刚度和强度根据实际情况确定。模型中的板壳单元以四边形壳单元为主。而节点也分为常规节点和模拟部分焊点情况的带失效的固连。发动机和变速器在整车碰撞中的变形不予以考虑,其材料定义为刚性材料。车门和车体的连接是通过铰链和门锁固定的,在数值仿真中,通过约束对应节点的位移自由度建立球铰模型来模拟。考虑到研究中仿真的碰撞方式是最为典型的正面碰撞,在正面碰撞过程中,柱前部的车身结构是变形吸能的主要器件,其变形的模式极为复杂,而中柱之后在碰撞过程中几乎不发生变形。为节省计算时间,将车身的前部单元划分较密,中柱之后则较稀。计算中采用弹性刚度沙漏控制。按照碰撞法规的要求,小客车以的速度正面撞击刚性墙。设置的初始边界条件与实车实验的初始条件相同,模拟该车以的初速度正面撞击刚体墙。在有限元计算后进行后处理,并对模拟计算的结果进行了分析。模拟结果显示,变形主要集中在车辆前部,车辆后部基本没有变形。由于前纵梁的问题较大,为了提高其碰撞性能,解决方法是改变其局部结构来得到更合理的变形模式和更好的能量吸收特性。两处产生塑性铰的局部区域,可以增加两块加强板来改善纵梁的总体的吸能情况。改进设计后的小客车前围部分零件。每年的道路交通事故数和死亡人数以及由此带来的经济损失是惊人的。汽车被动安全性的重要性在世界范围内得到认同。人们认识到碰撞事故是不可避免