本文關(guān)鍵詞：基于離位兒童工況下的頂置式安全氣囊的仿真與優(yōu)化

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【摘要】：目前,汽車上使用的約束系統(tǒng)多數(shù)都是基于正常體位的成年人開發(fā)運(yùn)用的,而忽略了其對較小體位的兒童所造成的傷害,安全氣囊在高速展開過程中會造成離位兒童頭骨、頸椎、胸骨等處的傷害。由于離位乘員位姿的隨機(jī)性和復(fù)雜性,在離位乘員的保護(hù)研究中需要進(jìn)行大量的試驗(yàn),為了降低研究成本、提高研究效率,需要通過仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。但由于離位仿真研究需要建立精確的氣囊模型來模擬氣囊的真實(shí)展開形態(tài),因而需要對氣囊模型進(jìn)行正確的折疊來獲得準(zhǔn)確的參考網(wǎng)格、準(zhǔn)確地模擬氣囊的整個(gè)展開過程,這些都是目前離位仿真研究中的技術(shù)難點(diǎn)。文章對國內(nèi)外離位兒童的研究方法進(jìn)行闡述,通過美國與歐洲不同安全法規(guī)體系的對比,選用美國FMVSS 208法規(guī)作為研究乘員側(cè)3歲兒童頭部、胸部靠近安全氣囊離位位置的兒童離位仿真的依據(jù)。通過對MADYMO軟件的多剛體系統(tǒng)與有限元模型的介紹,采用MADYMO的Folder模塊對氣囊進(jìn)行折疊,并用初始舉證法建立基于計(jì)算流體力學(xué)算法的氣囊模型。在此基礎(chǔ)上,建立了3歲兒童假人的OOP (Out of Position)模型,并通過氣囊罩蓋撕裂過程的分析,將靜態(tài)仿真試驗(yàn)與靜態(tài)氣囊起爆試驗(yàn)進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該多剛體-有限元混合模型的準(zhǔn)確性。其次,通過分析實(shí)車對標(biāo)情況,給出假人傷害指數(shù),為參數(shù)優(yōu)化后的氣囊對乘員保護(hù)效果提供了依據(jù)。選取對氣囊體積縮放系數(shù)S、氣囊織布泄氣性系數(shù)C、氣囊織布密度ρ、氣囊起爆角度θ四個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,采用仿真數(shù)據(jù)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法確定最終優(yōu)化參數(shù)值。結(jié)果表明：通過增大氣囊X，Y,向的縮放比例系數(shù)、增大織布泄氣性系數(shù)都能對3歲兒童胸部靠近儀表板、頭部靠近儀表板兩個(gè)狀態(tài)的假人降低頭部、胸部、頸部傷害；但對于胸部靠近儀表板的兒童假人,減小起爆角有利于降低傷害,而對于頭部靠近儀表板的兒童假人,增加氣囊起爆角反而更有利于降低傷害。對于3歲兒童胸部靠近儀表板的位置狀態(tài),優(yōu)化后的損傷標(biāo)準(zhǔn)I3值比優(yōu)化前提高了21.1%；對于3歲兒童頭部靠近儀表板的位置狀態(tài),優(yōu)化后的損傷標(biāo)準(zhǔn)I3值比優(yōu)化前提高了25.7%�；趯和偃祟^部、頸部、胸部的損傷分析,其頭部傷害指標(biāo)HIC15、頸部軸向拉升力Fz、胸部壓縮量D及胸部累積3ms合成加速度a3ms均在FMVSS 208法規(guī)上限之內(nèi),由此可見,優(yōu)化后的安全氣囊,可以有效減少對3歲兒童的損傷,充分發(fā)揮對離位兒童的保護(hù)作用。通過對比改進(jìn)前、后氣囊對正常位姿的成人乘員傷害,可以看出,改進(jìn)后的安全氣囊不僅對離位兒童起到了保護(hù)作用,而且有效降低了成人正常位姿的頸部、胸部傷害,對離位研究有開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：離位兒童 計(jì)算流體力學(xué) 氣囊參數(shù)優(yōu)化 MADYMO 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U491.61
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 汽車安全性概述8-12
• 1.1.1 汽車被動(dòng)安全的研究意義8-9
• 1.1.2 汽車安全氣囊的發(fā)展9-12
• 1.2 乘員側(cè)安全氣囊國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外乘員側(cè)安全氣囊研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)乘員側(cè)安全氣囊研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究的主要研究內(nèi)容及意義14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第二章 汽車碰撞兒童乘員安全法規(guī)及損傷機(jī)理16-23
• 2.1 離位乘員安全法規(guī)概述16
• 2.2 美國與歐洲正碰法規(guī)要求16-20
• 2.2.1 美國正碰法規(guī)要求16-18
• 2.2.2 美國FMVSS 208試驗(yàn)要求18-20
• 2.3 兒童乘員損傷評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)20-22
• 2.3.1 簡明損傷定級法20-21
• 2.3.2 美國FMVSS 208法規(guī)評價(jià)準(zhǔn)則21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 基于MADYMO的整車仿真模型的建立23-37
• 3.1 MADYMO軟件介紹23-27
• 3.1.1 多剛體系統(tǒng)24-26
• 3.1.2 有限元模型26-27
• 3.2 乘員側(cè)安全氣囊模型的建立27-34
• 3.2.1 氣囊模型的建立27-32
• 3.2.2 氣囊模型的對標(biāo)驗(yàn)證32-34
• 3.3 整車模型的建立34-36
• 3.3.1 儀表臺的建立34-35
• 3.3.2 假人模型的確定35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 OOP 整車模型的驗(yàn)證37-47
• 4.1 氣囊罩蓋撕裂過程分析37-39
• 4.2 3歲兒童假人模型的驗(yàn)證39-43
• 4.2.1 3歲兒童胸部靠近儀表板的模型驗(yàn)證39-41
• 4.2.2 3歲兒童頭部靠近儀表板的模型驗(yàn)證41-43
• 4.3 整車模型的對標(biāo)43-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 氣囊參數(shù)選擇及DOE優(yōu)化47-60
• 5.1 優(yōu)化試驗(yàn)方法47-49
• 5.1.1 優(yōu)化參數(shù)選擇47-48
• 5.1.2 正交試驗(yàn)方案設(shè)置48-49
• 5.2 目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量的選取49-52
• 5.2.1 目標(biāo)函數(shù)的選擇49-50
• 5.2.2 3歲離位兒童試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集50-52
• 5.3 3歲離位兒童的約束系統(tǒng)優(yōu)化與分析52-54
• 5.4 假人不同位置傷害對比分析54-55
• 5.5 優(yōu)化后氣囊對正常位姿成人乘員保護(hù)效果分析55-59
• 5.6 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 全文總結(jié)60-61
• 6.2 創(chuàng)新之處61
• 6.3 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70

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本文編號：756215