汽车碰撞吸能装置设计.doc

1、 任务书设计题目： 汽车碰撞吸能装置设计 1设计的主要任务及目标主要任务：（1）方案的构思；（2）选择最优方案；（3）理论分析；（4）材料选择；（5）整理设计目标：对吸能盒薄壁结构在低速碰撞情况下的吸能性能和变形模式进行研究。2 设计的基本要求和内容 基本要求：（1）要保证乘员足够的生存空间；（2）除乘坐室以外的车体结构部分尽可能的多变形，以合理地吸收碰撞能量，使得作用于乘员身体上的力和加速度值不超过人体的耐受极限，避免人体器官受到伤害而导致伤亡。内容：（1）吸能盒薄壁结构；（2）吸能方式；（3）理论及仿真研究3 主要参考文献1韦保仁，八木田浩史.中国汽车保有量及年产量预测模型研究.城市车辆.

2、2004，(4)：21-24页2周宇，雷正保，杨兆.基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计.长沙理工大学学报.2005年12月：34-38页3江志勇基于轿车薄壁构件碰撞的变形及吸能特性的仿真与分析武汉理工大学硕士论文2009：9-11页4刘中华，程秀生，杨海庆等.薄壁直梁动态撞击的变形和吸能特性的研究.中国汽车工程学会 2004 汽车安全技术国际研讨会,2004，50-56页4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1资料收集2014.22014.32整理思路2014.32014.43数据分析2014.42014.54初步撰写2014.52.14.65整理设计、打印装订2014.6 汽车碰撞吸能装

3、置设计摘要：随着汽车工业的迅速发展，汽车碰撞问题已成为国内外车辆研究领域的重点和热点。在我国针对汽车的高速碰撞研究较多，而对低速碰撞的研究较少。所以本文对低速碰撞的问题进行研究。本文采用有限元方法，以UG为平台，对低速碰撞情况下汽车吸能装置的结构特性进行研究，尤其是材料特性对吸能装置的影响进行了分析，并提出了具体的优化设计方法。在结构特性研究方面，将吸能盒简化为薄壁直梁构件，运用有限元方法模拟碰撞过程，得出计算结果。并将该结果与数值计算方法所得结果进行比较，验证了有限元方法的正确性。通过对不同截面形状铝合金材料吸能部件的抗撞性能进行了研究，正方形截面形状吸能部件最佳。根据预变形理论对结构吸能特

4、性的影响，采用设置诱导槽的方法对结构进行了优化设计，诱导槽的设置削弱了吸能部件的刚度，降低了结构的吸能能力；改变吸能部件壁厚，设计出了满足碰撞性能参数的汽车吸能部件。从结构和材料两方面对吸能装置进行了改进设计。结构方面，为中间焊缝布置的吸能装置设置了诱导槽，达到了减小最大碰撞力的目的；材料方面，分析了铝合金材料的吸能特性，并通过对铝合金材料模型分析，得到了正方形截面的铝合金模型为最佳的设计方案。最后，对某具体车型的吸能装置进行了研究，提出了初步改进意见。研究结果为进一步研究汽车构件在低速碰撞情况下的变形特性提供了理论依据和参考数据。关键词：低速碰撞，吸能装置，材料特性，有限元法Car cras

5、h energy absorption device designAbstract：As the rapid development of Chinese automobile industry, the automobile impact had been an important problem in vehicle research field. At Present, most of the research work focus on the high speed impact in China: only few of research work are about low spe

6、ed impact. Therefore, the low speed impact problems are researched in this Paper.The Finite Element Method is applied in this research. Aiming at low speed impact, the structural and material characters of automobile energy absorber are analysed under the platform of UG, especially the material char

7、acters, and the optimum design plan is proposedIn the research on structural properties, the energy absorber is simplified to be thin-walled beams. The impact process is simulated by Finite Element Method, and the simulative results are obtained. Comparing with the results obtained by numerical calc

8、ulation method, the correctness of Finite Element Method is validated.Energy absorbing characteristics of vehicle crash-box at low speed impact are studied by using shape optimization design has been proposed through choosing proper cross section adopting appropriate grooves, result showed that the

9、crash energy absorbing characteristics improved obviously for square cross section grooves. The stiffness of energy-absorbing components and the energy absorption capacity was decreased when grooves adopted. With tube wall thickness increasing, crash energy absorption capacity is improved. The optim

10、um design plan is proposed from both structural and material aspects. As to the structural aspect, in order to reduce the peak impact force, derivational groove is added to energy absorber with medial welding line. About the material aspect, the absorbing ability of aluminum alloy is analyzing. By a

11、nalyzing the aluminum alloy model, it is obtained that absorbing performance of aluminum alloy model with square section is the optimum design plan. At last, the energy absorber of a certain car is researched, and primary improving suggestions are proposed. The research results in this paper provide

12、 the theoretical basis and referenced data to research the bending characters of automobile front bumper under low speed impact.Keywords: low-speed impact，energy absorber，material characteristics，finite element method 目 录1 绪论11.1 课题研究的目的及意义11.2 汽车碰撞研究概述11.2.1 国外汽车碰撞研究概述21.2.2 国内汽车碰撞研究概述31.3 研究汽车吸能盒在

13、低速情况下正面碰撞的意义41.4 我国汽车碰撞标准51.4.1 正面碰撞标准51.4.2 侧碰及后碰标准61.5 汽车碰撞吸能盒61.5.1 碰撞吸能盒简介61.5.2 碰撞吸能盒的材料研究概述71.6 课题主要研究内容82 汽车吸能部件碰撞性能参数的分析102.1 车身结构理想化的碰撞力曲线102.2 汽车吸能部件概述112.3 吸能盒的设计原则122.4 汽车主要吸能部件抗撞性能参数142.4.1 吸能盒撞击力许可值142.4.2 吸能盒低速碰撞性能参数152.5 吸能盒的变形模式182.6 本章小结193 薄壁梁吸能结构的研究213.1 薄壁构件吸能213.2 薄壁构件吸能特性影响因素2

14、13.3 本章小结234 薄壁梁有限元模型的设计及仿真244.1 薄壁直梁的建模方法244.1.1 仿真模型的建模分析24 4.2 材料对吸能盒特性的影响244.2.1 材料的选择244.2.2 铝合金薄壁吸能部件碰撞性能254.3 铝合金材料吸能部件理论分析254.3.1 正方形铝合金构件仿真模拟254.3.2 正方形铝合金构件理论分析274.4 本章小结295 吸能装置的改进设计305.1 吸能装置的结构改进设计305.1.1 改进焊缝布置305.1.2 添加诱导槽325.2 “长安之星”吸能盒研究345.3 本章小结356 结论36参考文献37致谢401 绪论1.1 课题研究的目的及意义

15、随着汽车工业的发展及各项法规的建立和完善，汽车的安全性能成为设计人员的焦点。由于低速碰撞时对人员的损伤比较小，并没有引起人们的重视，目前国内汽车碰撞的研究大部分是围绕高速碰撞展开的。但是在城市中大多数的交通事故是在低速时发生的。低速碰撞情况下产生的能量由汽车前部的吸能盒来吸收，就可以使车体的其它结构避免永久变形，从而保护汽车发动机等重要部件。可以减少因此造成的保险和理赔金额。有研究表明，中国可能于2015年到2020年间成为世界最大的汽车消费市场和生产基地，我国汽车保险业将面临巨大的考验l。所以，对我国汽车制造业和保险业而言不仅要考虑高速碰撞，还要考虑低速碰撞方面的问题。目前，国际上已经成立了汽车修理研究理事会（RCAR）2。该组织致力于提高汽车的抗损性、修复性、安全