【摘要】：工程車輛指應(yīng)用于礦山、建筑、水利和筑路等領(lǐng)域的非公路行走機(jī)械,包括工業(yè)拖拉機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、挖掘裝載機(jī)和自卸汽車等。工程車輛由于行駛地面復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣,翻車事故難以避免。工程車輛的翻車事故一旦發(fā)生,將會對司機(jī)造成致命傷害。 為了保障司機(jī)的生命安全,目前國際通用的方法是在工程車輛上安裝翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)。國際標(biāo)準(zhǔn)對翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能提出了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)要求。然而實(shí)踐證明,滿足國際標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)并不能保證翻車時司機(jī)的生命安全。工程車輛翻車是一個動態(tài)沖擊過程,在這個過程中,造成司機(jī)傷亡的原因主要有以下幾點(diǎn)：1)保護(hù)結(jié)構(gòu)和地面撞擊太大,導(dǎo)致加速度過大,人體傷害指數(shù)超過人體耐沖擊域值；2)碰撞中回彈劇烈,導(dǎo)致人與車內(nèi)物體反復(fù)碰撞,惡化司機(jī)傷害程度；3)司機(jī)室變形太大,司機(jī)被擠壓,難以施救,使司機(jī)重傷死亡。司機(jī)的損傷程度取決于和地面接觸碰撞系統(tǒng)的柔度、司機(jī)和車體間的約束以及保護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)僅能夠避免第3種情況。此外,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)不能給司機(jī)提供足夠的緩沖。 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“非公路車輛翻車安全技術(shù)研究”(No.50775095)和國家"863"項(xiàng)目：“工程車輛安全性數(shù)字化試驗(yàn)平臺”(No.2007AA04Z126),采用可視化計算機(jī)模擬和物理樣機(jī)試驗(yàn)方法,對翻車后人體的損傷程度進(jìn)行預(yù)測和評估,對新型緩沖吸能翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。 在國內(nèi)外工程車輛翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、汽車碰撞安全、機(jī)車碰撞安全研究成果基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用多體系統(tǒng)動力學(xué)、大變形非線性有限單元法、碰撞生物力學(xué)、測試及傳感技術(shù)及材料學(xué)等多學(xué)科知識,以司機(jī)—車輛—地面環(huán)境構(gòu)成的系統(tǒng)為研究對象,以人體損傷程度為評價指標(biāo),建立了工程車輛翻車事故模擬的虛擬樣機(jī)。進(jìn)行了典型工程車輛在規(guī)定坡道和地面條件下傾翻過程的數(shù)值模擬,對人體響應(yīng)、結(jié)構(gòu)吸能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度以及緩沖時間等進(jìn)行全面仿真,提取人體響應(yīng)及車體各部分受力和動態(tài)響應(yīng),得到車體參數(shù)、座椅參數(shù)、安全帶約束形式、地面參數(shù)以及翻車保護(hù)裝置吸能和支撐方式對人體損傷的影響,對人體損傷情況進(jìn)行評價。 在工程車輛翻車過程動態(tài)仿真和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)性能要求,提出一種基于人體損傷的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。該設(shè)計方法從司機(jī)保護(hù)的角度出發(fā),以事故再現(xiàn)的方式來分析車輛翻車事故中,司機(jī)與車輛的運(yùn)動狀態(tài)和損傷狀況,并以此為依據(jù)進(jìn)行翻車保護(hù)系統(tǒng)安全性設(shè)計。 提出了由緩沖吸能元件和金屬框架結(jié)構(gòu)組成的新型保護(hù)結(jié)構(gòu)概念。在傳統(tǒng)框架式翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝緩沖吸能元件既能夠吸收大量滾翻產(chǎn)生的動能,又能夠減少翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)自身的變形量,從而解決了剛度要求和吸能要求的矛盾,并且緩沖吸能元件可以大幅削弱保護(hù)結(jié)構(gòu)與地面第一次碰撞造成加速度峰值。從能量吸收、最大碰撞載荷和結(jié)構(gòu)輕量設(shè)計的角度出發(fā),將孔缺陷引導(dǎo)變形的薄壁直方管引入翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。依據(jù)優(yōu)化理論和代理模型,將有限元分析,試驗(yàn)設(shè)計、響應(yīng)面法以及遺傳算法多種手段相結(jié)合,對孔缺陷引導(dǎo)變形的薄壁直方管進(jìn)行多目標(biāo)抗撞性優(yōu)化分析,得到翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。 本文研究成果將目前國際標(biāo)準(zhǔn)對翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能要求由靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提高到動態(tài)翻車人體損傷要求,將目前國際標(biāo)準(zhǔn)對保護(hù)結(jié)構(gòu)、安全帶等單獨(dú)考核試驗(yàn)提高到將人-機(jī)-環(huán)境一體化試驗(yàn),發(fā)展了工程車輛安全設(shè)計方法,對于保障工程車輛司機(jī)生命安全、提高我國在工程車輛市場競爭能力均有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH243

【引證文獻(xiàn)】

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1 唐華平;來佳峰;姜永正;郭金成;劉朝峰;;大型自卸車翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)有限元分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年12期

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1 柳艷杰;汽車低速碰撞吸能部件的抗撞性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

2 姚宗偉;鉸接轉(zhuǎn)向工程車輛側(cè)傾穩(wěn)定性研究[D];吉林大學(xué);2013年

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1 張玉新;鉸接式工程車輛傾翻穩(wěn)定性與防傾翻預(yù)警策略研究[D];吉林大學(xué);2012年

2 王洪成;基于J1939協(xié)議的工程車輛總線系統(tǒng)瞬時故障的分析及控制[D];華中科技大學(xué);2012年

本文編號：2791896