汽車前保險杠系統(tǒng)位于汽車的最前端,在汽車安全設計領域有著舉足輕重的地位。在進行保險杠系統(tǒng)的設計時,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度,從而在汽車發(fā)生碰撞時,保護車身部件和車內(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兩方面內(nèi)容,結合負泊松比結構質量輕、吸能效果好和抗沖擊能力強的特點,提出基于負泊松比結構的新型保險杠系統(tǒng),并采用改進的多學科協(xié)同優(yōu)化設計方法對其結構參數(shù)進行優(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兩方面的性能要求,將負泊松比結構引入到保險杠系統(tǒng)的設計中,提出一種基于負泊松比結構的新型保險杠系統(tǒng),主要包括了負泊松比吸能塊和負泊松比橫梁兩部分核心結構。在確定內(nèi)六角形負泊松比單胞結構后,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,在此基礎上,根據(jù)GTR 9和FMVSS208法規(guī)的相關要求,對所建立的模型進行分析和驗證。其次,采用正交試驗設計方法,考慮行人小腿保護和汽車正面碰撞兩個方面性能指標,進行新型保險杠系統(tǒng)的結構參數(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)對于不同評價指標的耦合關系,為后續(xù)的近似模型建立及多學科協(xié)同優(yōu)化設計奠定基礎。最后,針對傳統(tǒng)的多學科協(xié)同優(yōu)化方法存在的不足,提出一種改進的多學科協(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,并改進子系統(tǒng)中的目標函數(shù)和總系統(tǒng)約束函數(shù)的范數(shù)形式,以提高傳統(tǒng)多學科系統(tǒng)優(yōu)化方法的收斂性和計算效率。在此基礎上,結合最優(yōu)拉丁方設計和響應面近似建模方法構建新型保險杠系統(tǒng)的多學科協(xié)同優(yōu)化體系,并采用兩種多目標優(yōu)化算法對其主系統(tǒng)及子系統(tǒng)進行尋優(yōu)搜索。本文的研究結果可以為汽車保險杠系統(tǒng)的開發(fā)與設計提供一定的理論基礎與技術支持。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U463.326
【部分圖文】：

新型負泊松比保險杠系統(tǒng)多學科優(yōu)化設計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度，從而保護汽車發(fā)生碰撞時車身部件和車內(nèi)乘員。這種設計對于行人來說，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，設計同時兼顧耐撞性和行人保護兩個方面內(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)進行優(yōu)化設計，結合負泊松比結構輕質，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泊松比材料的新型保險杠系統(tǒng)結構，通過對材料微觀結構參數(shù)的優(yōu)化實現(xiàn)其宏觀力學性能，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)的設計和開發(fā)提供一定的理論基礎。1.2 汽車正面碰撞及行人小腿保護概述前保險杠系統(tǒng)的研究主要包括汽車耐撞性領域和行人安全領域兩方面的內(nèi)容

新型負泊松比保險杠系統(tǒng)多學科優(yōu)化設計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高，所以常常用臺車碰撞來替代實車碰撞進行試驗。臺車實質為一個帶有內(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，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構和材料對整車碰撞的影響。 計算機仿真法隨著計算機仿真模擬技術的發(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。在汽車的初始設計階段，汽車設計人員可以根據(jù)汽車的相關特征參數(shù)，并借助于計算機仿真軟件對行人小腿與汽車碰撞的過程進行模擬

車實質為一個帶有內(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，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構和材料對整車碰撞的影響。 計算機仿真法隨著計算機仿真模擬技術的發(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。在汽車的初始設計階段，汽車設計人員可以根據(jù)汽車的相關特征參數(shù)，并借助于計算機仿真軟件對行人小腿與汽車碰撞的過程進行模擬，獲得行人的相關損傷值，為汽車的安全性設計提供依據(jù)。常用的仿真軟件有 HYPERWORKS、LS-DYNA、ANSYS、MADYMO 等。1.2.2 行人小腿保護概述在上世紀 60 年代，被譽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的研究
【參考文獻】

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本文編號：2860276