汽車前保險杠系統(tǒng)位于汽車的最前端,在汽車安全設(shè)計領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。在進(jìn)行保險杠系統(tǒng)的設(shè)計時,一方面要考慮其耐撞性,使保險杠系統(tǒng)擁有足夠的剛度和強(qiáng)度,從而在汽車發(fā)生碰撞時,保護(hù)車身部件和車內(nèi)乘員;另一方面還要考慮對車外行人的保護(hù)作用,從而有效的降低汽車和行人發(fā)生碰撞時對行人小腿的傷害程度。本文同時兼顧耐撞性和行人保護(hù)兩方面內(nèi)容,結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、吸能效果好和抗沖擊能力強(qiáng)的特點,提出基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的新型保險杠系統(tǒng),并采用改進(jìn)的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計方法對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文的主要研究內(nèi)容為:首先,為提高整車耐撞性及行人小腿保護(hù)兩方面的性能要求,將負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)引入到保險杠系統(tǒng)的設(shè)計中,提出一種基于負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的新型保險杠系統(tǒng),主要包括了負(fù)泊松比吸能塊和負(fù)泊松比橫梁兩部分核心結(jié)構(gòu)。在確定內(nèi)六角形負(fù)泊松比單胞結(jié)構(gòu)后,建立了基于參數(shù)化建模方法的新型保險杠系統(tǒng)模型、行人小腿模型以及整車碰撞模型,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)GTR 9和FMVSS208法規(guī)的相關(guān)要求,對所建立的模型進(jìn)行分析和驗證。其次,采用正交試驗設(shè)計方法,考慮行人小腿保護(hù)和汽車正面碰撞兩個方面性能指標(biāo),進(jìn)行新型保險杠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析,確定保險杠系統(tǒng)的參數(shù)對性能指標(biāo)的靈敏度大小,以及系統(tǒng)中可變參數(shù)對于不同評價指標(biāo)的耦合關(guān)系,為后續(xù)的近似模型建立及多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。最后,針對傳統(tǒng)的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法存在的不足,提出一種改進(jìn)的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法,通過引入動態(tài)因子將總系統(tǒng)中的一致性約束改為動態(tài)約束,并改進(jìn)子系統(tǒng)中的目標(biāo)函數(shù)和總系統(tǒng)約束函數(shù)的范數(shù)形式,以提高傳統(tǒng)多學(xué)科系統(tǒng)優(yōu)化方法的收斂性和計算效率。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合最優(yōu)拉丁方設(shè)計和響應(yīng)面近似建模方法構(gòu)建新型保險杠系統(tǒng)的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化體系,并采用兩種多目標(biāo)優(yōu)化算法對其主系統(tǒng)及子系統(tǒng)進(jìn)行尋優(yōu)搜索。本文的研究結(jié)果可以為汽車保險杠系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計提供一定的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.326
【部分圖文】：

新型負(fù)泊松比保險杠系統(tǒng)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計2圖1.1 汽車碰撞形式概率圖然而，目前對于保險杠系統(tǒng)的研究主要集中在低速耐撞性，使保險杠系統(tǒng)必須要有足夠的剛度和強(qiáng)度，從而保護(hù)汽車發(fā)生碰撞時車身部件和車內(nèi)乘員。這種設(shè)計對于行人來說，保險杠剛度過大勢必會加重碰撞事故中行人下肢的損傷程度。因此，設(shè)計同時兼顧耐撞性和行人保護(hù)兩個方面內(nèi)容的保險杠系統(tǒng)具有重要的研究意義。本文正是基于這種思想對保險杠系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)輕質(zhì)，高能量吸收特性和抗沖擊能力的特點，本文提出一種基于負(fù)泊松比材料的新型保險杠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過對材料微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化實現(xiàn)其宏觀力學(xué)性能，并最終實現(xiàn)在不改變原有保險杠橫梁耐撞性的同時，進(jìn)一步降低行人小腿所受到的傷害。本文的研究內(nèi)容可以為保險杠系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供一定的理論基礎(chǔ)。1.2 汽車正面碰撞及行人小腿保護(hù)概述前保險杠系統(tǒng)的研究主要包括汽車耐撞性領(lǐng)域和行人安全領(lǐng)域兩方面的內(nèi)容

新型負(fù)泊松比保險杠系統(tǒng)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計4圖1.5 實車碰撞試驗由于整車實車碰撞試驗的成本相當(dāng)高，所以常常用臺車碰撞來替代實車碰撞進(jìn)行試驗。臺車實質(zhì)為一個帶有內(nèi)飾的白車身，配有可以高速移動的底座，通過加速和減速模擬汽車撞擊的效果來檢驗束縛系統(tǒng)汽車對乘員的保護(hù)，圖 1.6 為軌道式碰撞臺式試驗裝置。圖1.6 軌道式碰撞臺車試驗零件臺架試驗法是汽車碰撞實驗法中最高效、最便捷的一種方法，利用試驗設(shè)備評估汽車零部件受到?jīng)_擊載荷時的安全性能，通過該試驗方法可以研究零件的結(jié)構(gòu)和材料對整車碰撞的影響。 計算機(jī)仿真法隨著計算機(jī)仿真模擬技術(shù)的發(fā)展，汽車的碰撞安全的研究不再局限于真實的實驗室試驗。在汽車的初始設(shè)計階段，汽車設(shè)計人員可以根據(jù)汽車的相關(guān)特征參數(shù)，并借助于計算機(jī)仿真軟件對行人小腿與汽車碰撞的過程進(jìn)行模擬

車實質(zhì)為一個帶有內(nèi)飾的白車身，配有可以高速移動的底座，通過加速和減速模擬汽車撞擊的效果來檢驗束縛系統(tǒng)汽車對乘員的保護(hù)，圖 1.6 為軌道式碰撞臺式試驗裝置。圖1.6 軌道式碰撞臺車試驗零件臺架試驗法是汽車碰撞實驗法中最高效、最便捷的一種方法，利用試驗設(shè)備評估汽車零部件受到?jīng)_擊載荷時的安全性能，通過該試驗方法可以研究零件的結(jié)構(gòu)和材料對整車碰撞的影響。 計算機(jī)仿真法隨著計算機(jī)仿真模擬技術(shù)的發(fā)展，汽車的碰撞安全的研究不再局限于真實的實驗室試驗。在汽車的初始設(shè)計階段，汽車設(shè)計人員可以根據(jù)汽車的相關(guān)特征參數(shù)，并借助于計算機(jī)仿真軟件對行人小腿與汽車碰撞的過程進(jìn)行模擬，獲得行人的相關(guān)損傷值，為汽車的安全性設(shè)計提供依據(jù)。常用的仿真軟件有 HYPERWORKS、LS-DYNA、ANSYS、MADYMO 等。1.2.2 行人小腿保護(hù)概述在上世紀(jì) 60 年代，被譽(yù)為車輪上國家的美國首先提出了行人安全這個概念，80 年代在歐洲國家得到了推廣。1987 年，歐洲車輛安全委員會（EEVC）正式開始了行人保護(hù)的研究
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 賀巖松;楊海威;徐中明;萬鑫銘;范體強(qiáng);;基于行人腿部保護(hù)的保險杠吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];振動與沖擊;2014年12期

2 張偉;侯文彬;胡平;;新型負(fù)泊松比多孔吸能盒平臺區(qū)力學(xué)性能[J];復(fù)合材料學(xué)報;2015年02期

3 魯超;李永新;吳金璽;劉明;李天齊;;負(fù)泊松比蜂窩芯非線性等效彈性模量研究[J];中國機(jī)械工程;2014年11期

4 何滿潮;王炯;孫曉明;楊曉杰;;負(fù)泊松比效應(yīng)錨索的力學(xué)特性及其在沖擊地壓防治中的應(yīng)用研究[J];煤炭學(xué)報;2014年02期

5 周奇;張立麗;許輝;黃衛(wèi)剛;;改進(jìn)的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法及其應(yīng)用[J];計算機(jī)與數(shù)字工程;2014年01期

6 洪亮;葛如海;宮燃;王立振;;汽車保險杠低速碰撞安全性能優(yōu)化[J];河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年06期

7 亓昌;安文姿;楊姝;;負(fù)泊松比安全帶織帶乘員碰撞保護(hù)性能的FE仿真[J];汽車安全與節(jié)能學(xué)報;2013年03期

8 曹立波;陳杰;歐陽志高;劉適;;基于碰撞安全性的保險杠橫梁輕量化設(shè)計與優(yōu)化[J];中國機(jī)械工程;2012年23期

9 顏芳芳;徐曉東;;負(fù)泊松比柔性蜂窩結(jié)構(gòu)在變體機(jī)翼中的應(yīng)用[J];中國機(jī)械工程;2012年05期

10 凌昊;程遠(yuǎn)勝;劉均;曾廣武;;一種新的多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法及其工程應(yīng)用[J];中國造船;2011年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 李貝;纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料保險杠輕量化設(shè)計與優(yōu)化[D];湖南大學(xué);2016年

2 程雨婷;基于協(xié)同優(yōu)化方法的汽車車身性能多學(xué)科優(yōu)化[D];北京理工大學(xué);2016年

3 孫錦濤;某型SUV全承載式車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];南昌大學(xué);2014年

4 王秀麗;基于行人小腿保護(hù)的汽車保險杠改進(jìn)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

5 陽霞;具有負(fù)泊松比效應(yīng)的高分子共混物的結(jié)構(gòu)和工程實現(xiàn)[D];四川大學(xué);2003年

本文編號：2860276