分析过程中参考构形保持不变，这种格式称为完全的格式，简称法。另种格式中所有静力学和运动学的变量参考于每载荷或时间步长开始时的构形，即在分析过程中参考构形是不断被更新的，这种格式称为更新的格式，简称法。材料非线性材料非线性是指物理方程的应力和应变是非线性关系。在碰撞过程中，结构在碰撞力的作用下发生大的变形，当应力超过材料的屈服极限时，就会产生永久的塑性变形，在弹性变形阶段，应力和应变的关系是线性的，而在塑性阶段就是种非线性的关系。塑性变形的计算要解决两个基本问题.材料在什么样的条件下开始产生塑性变形.材料在塑性变形过程中应遵循什么样的规律第个问题涉及到材料的屈服准则，而第二个问题涉及到材料的流动法则。初始屈服准则工程上常用两种屈服准则条件和条件。条件材料的形状应变能达到定数值时开始屈服。在三维主应力空间上，该条件可表示为其几何意义是以为轴线的圆柱面，式中为屈服应力。条件最大剪应力达到定数值时开始屈服。在三维主应力空间上，该条件可表示为其几何意义是以为轴线并内接圆柱的正六棱柱面，式中为屈服应力。两个屈服条件相比，条件趋于安全，但在棱边处的导数是不存在的。所以在使用上不如条件方便。因此在有限元分析中通常采用屈服条件。二流动法则材料在进入塑性阶段后，应力与应变之间没有对应的关系，如何表征这种关系，目前描述塑性变形规律的理论分为两大类类是全量理论，另类是增量理论实验已经证明，塑性变形是和加载路径有密切关系的。增量理论考虑了这种依赖性，所以，在般加载的情况下，增量理论的方法是比较合理的。属于这类理论的主要有列维米塞斯理论和普朗特鲁伊斯理论。关于材料本构关系。在有限元分析中普遍采用的是增量型本构关系，重要的是如何依据塑性力学的基本法则导出它在各种应力状态中的矩阵表示，由于弹塑性增量分析具有普遍的适应性，即它可以用于复杂的加载方式和加载路径，因此作为有限元通用程序，现在差不多无例外的都采用增量分析，但是计算量较大。接触非线性汽车碰撞是种大规模冲击接触问题，是种典型的非线性问题，其非线性是由接触边界上的边界条件非线性引起的。众所周知，由于些物理问题的微分方程求解困难，以致长期以来在弹性力学，结构力学，以及其他连续体力学方面的问题只能解决些严格理想化的情况，而有限元法对于分析复杂结构或者多自由度系统来说却是种有效的方法。年，为了分析飞机结构问题，首次提出了有限单元法。在其后年中，该方法在解决不同类型的应用科学和工程问题方面显示了巨大的潜力。近年来，由于计算机技术的飞速发展，为有限元法的应用和发展提供了充分的物质基础。目前，有限元法的应用已经从弹性力学平面问题扩展到了空间问题板壳问题从静力平衡问题发展到塑性粘性粘塑性和复合材料等从固体力学扩展到流体力学传热学电磁学声学振动学等连续介质领域。实际上，有限元法发展到今天，已发展得较为完善，它已经被认为是工程分析中最强有力和最通用的计算方法。其应用范围很广，并且由于实践性强而具有强大的生命力。利用有限元进行结构分析，实质上也是种“电子计算机的数值实验”，它不仅使过去无法进行运算的课题得到数值解，并且逐渐代替些成本高时间长的常规试验。.有限元法的基本原理有限元法是运用离散的概念，假想把连续体分割成有限个有限大小的多边形或多面体，这些多边形或多面体，就称为有限元。多边形或多面体的顶点称为节点。各单元之间沿周边本来是整体相连的，现在认为它们彼此只在节点处相连，取节点处的位移作为基本未知量。这样，就把原来是无限多个自由度的体系简化成有限多个自由度的体系了，这个过程就称为连续体的有限元离散化。个连续体通过有限元离散后就变成个离散体，它是和真实结构近似的个力学模型，而整个的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。在每个单元内运用变分法，即利用与原问题中微分方程相等价的变分原理来进行推导，从而使原问题的微分方程组转化为代数联立方程组，使问题归结为解线性方程组，由此得到数值解答。.非线性有限元基本理论本文所研究的汽车碰撞是个动态的大位移和大变形的过程，接触状态和高速冲击载荷都影响着碰撞的全过程，系统具有几何非线性材料非线性和接触非线性等多重非线性。几何非线性在汽车碰撞中，薄壁结构在冲击载荷作用下，尽管应变很小，甚至未超过弹性极限，但是位移大，材料线元素有较大的转动。这时应该考虑变形对平衡的影响，即平衡条件应建立在变形后的构形上，同时应变表达式也应包括位移的二次项。这样，平衡方程与几何关系都将是非线性的。这种由于大位移和大转动引起的非线性问题称为几何非线性问题。还有另类几何非线性问题，例如金属的成型橡皮型材料受到载荷作用，都可能出现很大的应变，这时除了采用非线性的平衡方程和几何关系而外，还需要引入相应的应力应变关系。在涉及几何非年为德国约束系统发展的里程碑。奔驰公司首先向顾客提供了气囊和安全带张紧器。年，欧洲开展了偏置前碰撞研究，广泛开展真实的室内试验，扩展了乘员计算机模拟计算和有限元方法计算。对于汽车碰撞安全性的研究手段也随着碰撞安全性研究的不断深入和需要而提高。早期的汽车碰撞安全性设计主要凭工程师的直觉经验和试验方法来完成，然后以交通事故的结果为依据来改善汽车的碰撞安全性。这是个自然的从实践到理论，再从理论到实践的认识世界改造世界的过程，尽管有效但周期太长，远远满足不了社会经济快速发展的要求。为了更快更好的研究和设计汽车的碰撞安全性，人们开始系统地开展碰撞过程的理论分析和试验研究。由于碰撞过程太复杂，理论分析能提供的帮助非常有限。试验研究方面人们开展了碰撞试验技术的系统性研究，发明了各种实车碰撞台车碰撞和零部件碰撞试验技术与装置，建立了试验标准和规范。由于其直观性和真实性，碰撞试验不仅在生产实际中有力地帮助了汽车碰撞安全性的改进和提高，而且还极大地丰富了碰撞理论，为推动碰撞安全技术的进步起到了重要作用。虽然实车试验能为碰撞安全性研究提供强有力的帮助，但是它依赖于实物，而且是破坏性试验，加上试验所需要的设备装置，实车试验的费用是相当昂贵的。而且周期长，可重复性差，不能解决设计人员希望解决的全部问题，如真实的吸能分布等。于是人们开始寻找种可以局部或全部替代实车碰撞试验的方法。随着计算机技术和计算方法的发展，汽车碰撞过程的计算机仿真技术应运而生，且日益成熟。仿真模型建立得越来越完善，仿真结果也越来越接近实际碰撞结果。汽车碰撞仿真技术现已成为各大汽车研究与开发机构特别关注和重视的高新技术。国内研究发展概况我国对汽车被动安全性进行系统研究是从上个世纪年代后期开始的，汽车碰撞研究工作也开始于这时期。年，吉林工业大学和西安公路交通大学分别建立了“刚体弹塑性弹簧”数学模型和“刚体弹簧阻尼”数学模型。后者还做了模型碰撞试验，验证其理论模型。次年，吉林工业大学李卓森教授和李洪国教授就计算机模拟中所需的汽车碰撞刚度和汽车正面碰撞方程式等方面进行了探讨。年，清华大学的于旭光黄世霖引进美国的软件，应用刚体动力学中的方法建立了二维人体模型，并对碰撞事故中安全带对人体的保护作用进行了研究。同年，湖南大学宗子安将介绍进中国，并用其进行了汽车转向盘假人碰撞的模拟计算。平头,轻型,货车,碰撞,安全性,设计,毕业设计,全套,图纸摘要平头轻型载货汽车大多是由国外引进的老车型，这些车型设计时并没有过多考虑其碰撞安全性，因此在碰撞安全性方面存在先天不足，缓冲吸能区间小，碰撞安全性能差。由于货车碰撞试验在我国还属于开始阶段，关于货车的碰撞安全法规也没有出台，进行大规模的货车碰撞试验的条件还不成熟。针对这情况，本文在参考大量国内外资料与实验的基础上，对货车正面碰撞进行虚拟试验研究，并且针对原始设计存在的碰撞安全性缺陷，设计了压溃杆式缓冲吸能装置，并对平头驾驶室局部结构做了相应改造，虚拟碰撞结果表明改进后的驾驶室碰撞安全性有了显著提高在此基碰撞安全法规概述国外汽车碰撞安全法规国内汽车碰撞安全法规.国内外汽车碰撞分析研究概述国外研究发展概况国内研究发展概况.汽车虚拟试验场技术简介简介.本文的研究内容和工作计划第章瞬态非线性动力学分析方法.有限元法的发展及应用.有限元法的基本原理.非线性有限元基本理论几何非线性材料非线性接触非线性.非线性动力学基础.本章小结第章平头轻型货车的碰撞安全性分析.建模建模应注意的问题建模.数据的改善及导入.有限元模型的建立.结果分析车身变形分析速度变化分析加速度变化分析能量变化分析.本章小结第章平头轻型货车碰撞缓冲结构设计.碰撞缓冲区结构设计的基本思想及约束条件.结构的改进方案设计.碰撞缓冲区整体结构的构建压溃杆数模的建立压溃杆横梁数模的建立.本章小结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速度变化分析加速度变化分析能量变化对比.压溃杆的优化.本章小结第章总结与展望.总结本文的创新点.展望致谢参考文献附录附录第章绪论汽车作为现代化的交通工具，在给人们的生活带来便利与好处的同时，引发了大量的交通事故，给人类的生命和财产带来极大的威胁和伤害图。我国年开始对汽车实施新的强制性产品认证制度，在年发布的第批实施强制性产品认证产品目录中，明确将汽车碰撞试验列入对汽车的检测之中。从年月日起，未经碰撞试验或经碰撞试验不合格的国外汽车不能进入我国市场，国产汽车未能通过强制认证试验的也不能出厂销售。国内各生产厂商纷纷提高在汽车碰撞安全性方面的投资。.课题的背景与意义背景国内的大多数平头轻型货车几乎都是从国外直接引进的老车型，设计时没有过多考虑碰撞安全性，缓冲区间小或没有，其耐撞性能相对长头短头轻型货车而言就差得多。在每年的交通事故中，平头轻型货车事故率高事故伤害大，其事故带来的伤亡和财产损失占了交通事故很大的比重。虽然我国加入后，为了增强和外国汽车厂家的竞争，国内各汽车厂家和汽车研究所开始加大对汽车碰撞安全性的研究，但不同类型的车辆受到的重视程度也不同。各大汽车制造商和研究机构关于汽车碰撞安全性的研究主要集中在轿车方面,对型客车的碰撞安全性研究稍有涉及，但对货车的碰撞安全性研究非常少。不可忽视的是，平头轻型货车在我国以其自身的优点，受到广大用户的青睐，成为轻型货车中的主力军，在轻型货车的市场中占有不小的份额。平头轻型货车碰撞安全性能不足技术投入少但是用户广泛，已经引起了社会各方面的关注，国家应出台相应的法规对汽车的生产进行干预，厂家应该加大对轻型货车碰撞安全性的研发力度与投资比例。意义通过对汽车厂生产的欧铃平头轻型货车进行正面碰撞仿真分析，探讨轻型载货汽车在碰撞安全性方面存在的些问题，并寻找解决问题的方法，改善轻型货车碰撞安全性。通过对本文的研究，能够在货车碰撞安全性方面得出些有指导性的建议，在提高商品竞争力的同时有效保护驾驶员及乘员的人身安全，能够做到“车毁人不亡”。在发生事故时提高对驾驶者及乘员的保护，从而有效抑止残疾人口数目上升和减少家庭不幸等诸多社会问题，减少国家不必要的巨额财产损失。.国内外汽车碰撞安全法规概述随着二战后汽车工业的持续发展，汽车保有量的不断增加，车速的不断提高，道路交通事故发生率不断上升，造成的经济损失与人员伤亡越来越严重。因此，汽车的安全性成了汽车厂商消费者政府部门等社会各方面高度关注的问题。公众强烈要求政府部门采取相应措施对汽车安全问题进行强制干预，各国的碰撞安全法规随之出台。国外汽车碰撞安全法规目前，世界各汽车工业发达国家都制定了相应的安全标准和技术法规，但归纳起来，所有汽车安全技术法规可分为三大体系，即美国欧洲和日本技术法规体系。美国联邦机动车安全法规是由美