货车与乘用车正面碰撞相容性的研究

摘要

车辆碰撞相容性问题是目前造成不同车辆之间发生碰撞时伤亡率较高的重要原因之一,货车与乘用车正面碰撞相容性的问题尤为严重,如何提高货车与乘用车正面碰撞时的相容性成为汽车被动安全性分析中的一个关键环节。在车对车的碰撞中,良好的相容性要求,汽车不仅能保护自己车内乘员的安全,而且也必须考虑对方车内乘员的安全,使车辆对双方乘员能提供相同的安全保护水平。目前国内对车辆碰撞相容性问题的研究较少,因此开展这方面的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要进行了以下几方面的研究:
　　 (1)综述了相容性问题的国内外研究现状,并综述了薄壁构件抗撞性优化的研究现状以及高吸能泡沫材料的研究现状,提出了碰撞相容性研究存在的问题及解决思路。然后基于显式有限元数值求解技术,给出了进行接触-碰撞界面的处理与算法,并给出了优化设计代理模型近似求解理论；
　　 (2)对四种不同截面结构薄壁直梁的耐撞性进行了研究,分析了结构参数的变化对结构耐撞性能的影响。以矩形薄壁梁为研究对象,对结构参数变化时薄壁直梁件轴向冲击载荷下的耐撞性进行了优化。探讨了提高矩形截面薄壁梁耐撞性能的改进措施。得到了不同结构参数和改进措施对结构耐撞性能的影响规律；
　　 (3)提出了在矩形薄壁梁内部填充成组圆管的组合梁结构,研究了组合梁在冲击载荷作用下的耐撞吸能特性,并分析了内部填充圆管直径(或排列)、壁厚和长度等参数变化对组合结构耐撞性能的影响。得到了填充圆管的数量、壁厚和长度参数变化对碰撞力峰值、碰撞力均值和吸能特性的影响规律；
　　 (4)参照欧洲ECE-R93法规,提出了在货车前下部安装前部钻碰防护装置FUP(FrontUndel-run Protector)来解决钻碰。建立了货车前下部防护装置的有限元模型,研究了静态载荷下FUP的防钻性能和冲击载荷作用下结构的能量吸收与变形特性,分析了FUP结构对货车与乘用车正面碰撞相容性的影响；
　　 (5)提出了在矩形薄壁梁内部填充圆管组的组合FUP支架,对内部填充圆管直径(或排列)、圆管壁厚和圆管长度等参数进行合理选择,研究了内部填充圆管的组合FUP在冲击载荷作用下的防钻性能和相容性:
　　 (6)研究了泡沫铝填充薄壁金属件的变形与吸能特性,建立了泡沫铝填充FUP支架的有限元数值模型,研究了泡沫铝填充FUP支架后对货车防钻碰性能和相容性的变化。最后采用响应面法对泡沫铝填充FUP的结构进行了优化研究,得到了耐撞性能较好的填充FUP结构。