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        汽車碰撞的安全設計及其過程分析

        來源:中國戰略新興產業 作者:鄧婕
        發布于:2021-09-08 共2350字

        汽車碰撞與安全論文范文第六篇:汽車碰撞的安全設計及其過程分析

          摘要:近年來我國市場經濟體制不斷完善, 經濟一直呈高速發展狀態, 汽車已經逐漸成為城市鄉村道路上的主要交通工具之一, 但是在對于環境保護問題重視程度日益提高的當下, 汽車尾氣的排放量和燃油的消耗量問題不僅受到汽車生產廠商的重視, 也引起了社會各界的廣泛關注。想要降低汽車的燃油消耗和尾氣排放, 減小汽車自重是一項關鍵因素。在國際汽車市場上減小汽車自重的主要方法是使用輕量化的材料, 并且同時兼顧汽車的安全性和性能要求。本文主要以汽車車身結構安全部件材料匹配優化設計展開研究和討論, 以期我國汽車制造業提供一定參考。

          關鍵詞:汽車碰撞;安全設計;過程分析;

          作者簡介:鄧婕 (1999.03-) , 女, 漢族, 山西臨汾人, 中北大學朔州校區, 本科, 研究方向:氣囊, 車身結構, 油箱保護等安全在安全工程中的應用。;

          一、引言

          隨著汽車在我國居民中的普及程度逐年上升, 如何降低汽車的燃油消耗和尾氣排放量已經成為社會各界和汽車廠商非常重視的問題。其中減小汽車自重是實現汽車輕量化最直接有效的方式, 具體手段最直接的就是采用輕量化材料。所以, 大多數汽車生產廠家都會選擇高強度鋼材這種在汽車輕量化和耐碰撞的安全性方面表現突出的材料, 一方面滿足了對于汽車環保性能的要求, 另一方面也對車身結構的安全性提供了一定保障。

        汽車碰撞與安全.png

          二、汽車碰撞過程分析

         。ㄒ唬 建立汽車正面碰撞的仿真模型

          我們以福特金牛座這一美系經典家用轎車的整車模型作為整車碰撞的有限元模型, 將另一重量和體積相似的中型家用轎車作為對象進行正面碰撞試驗, 經過碰撞試驗后, 將實驗的結果及仿真結果中左右后座椅的平均加速度曲線進行比較, 再結合碰撞之后汽車的變形情況綜合考慮, 本次的實驗結果和仿真結果具有較高的一致性。以此證明利用仿真模型進行計算也可以保證計算的精確性, 以仿真方式代替真實實驗, 一方面可以節省實驗成本, 另一方面也可以保證實驗計算的真實性, 為實驗研究提供方便。

         。ǘ 汽車碰撞傳力路徑分析

          汽車傳力路徑主要針對正面碰撞中的流動應力進行分析, 主要通過明確汽車碰撞時的應力變化和部件截面展開進行分析。汽車傳力路徑具體表現在以下幾點: (1) 車輛和剛性避障產生正面碰撞時, 一旦車輛前保險杠發生彎曲, 沖撞力會直接轉移至前縱梁, 然后將力量直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底盤縱梁等位置, 最后整體向車輛后方傳遞。

         。ㄈ 汽車碰撞能量分布分析

          以汽車碰撞的傳力路徑為基礎, 我們能夠檢測到汽車安全部件的能量分布分析, 確定哪些具體部件能在發生正面碰撞時能夠在傳力路徑上起到吸能作用。對這些部件進行進一步的能量分布分析, 可以發現A柱上端的吸能能力較A柱下端要小許多, 從而可以判斷在A柱下端承擔了大部分車輛正碰時乘員艙部分的吸能任務。同時通過分析各部件在碰撞時的能量分布, 可以更加明確在正碰過程中承擔吸能任務主要部件, 以便于對其進行強化。

         。ㄋ模 汽車材料敏感度分析

          針對汽車車身材料的匹配優化設計, 還需要對其車身材料敏感度進行分析, 主要是通過正交試驗的方法進行敏感度分析, 對多種車輛運行情況下的影響因素進行有效地主次排序, 從而選擇適配性最好的車身材料。在當前汽車市場中, 最適宜汽車車身制造的無疑是高強度的鋼材料, 但鋼的強度越高, 就意味著成本越高。所以在部件材料的選擇上, 必須要保證碰撞性能的更好改善和成本的更有效控制, 一方面達到控制車身材料和部件的材料及成本的目的, 另一方面也對車身結構的安全性提供更好的保障。

          三、汽車碰撞安全性設計原則與方法

          在汽車發生正面碰撞時, 想要保證汽車的安全性, 首先需要保證汽車結構具有較好的吸能特性。具有良好吸能特性的車身結構可以保證車體的加速度和入侵控制產生良好匹配, 使得汽車在發生碰撞的過程中更加安全。因此, 汽車正面碰撞的安全設計一般堅持如下原則: (1) 為了避免乘員收到較大沖擊, 乘員艙的加速度參數必須控制在較小范圍內; (2) 保證乘員生存空間盡量大, 提高乘坐人員的安全系數, 使轉向柱后移量盡可能小, 需要將前圍板侵入量數值設置盡可能低。

          汽車的正面碰撞安全性設計實際上是設計師的主觀行為, 因此在選擇設計對象時的主觀性會比較強, 對于設計過程中材料的選用往往會缺乏交互性, 例如在材料的材質和厚度方面。對汽車車身安全結構部件材料進行匹配和優化的主要目的在于分析汽車在運行或發生碰撞時能量的分布情況和實際傳力路徑。通常有兩種方法, 第一種是設計對象未確定時, 設計師需要以碰撞數據為基礎選擇汽車的安全設計部件為設計對象, 通過敏感度、力度等一系列分析最終確定對汽車正面碰撞安全性能影響較大、較直接的部件。通過對這些部件進行匹配、優化和升級, 能夠有效地降低選擇設計對象的難度。第二種是已經選定涉及對象, 設計師可以通過近似模型優選或多目標優化材料的厚度及材質, 同時兼顧部件之間的交互性, 進而達到車身材料結構參數的連續變量與離散變量的綜合性優化。

          四、結束語

          本研究對汽車碰撞過程利用仿真模型進行模擬測定, 進而對車輛正面碰撞時傳力路徑及能量分布的進行分析, 最后通過不同材料的敏感度篩選出最適宜的設計方案, 這樣可以使車身在保證安全性能的前提下完成整體質量的輕量化。從方法的有效性和準確性來看, 本文采用的方法有顯著的優勢, 可以有效地對當前汽車車身設計提供一定指導, 不僅能夠縮短汽車產品的研發周期, 還能夠整體提升汽車車身結構碰撞過程中的安全性。

          參考文獻

          [1]尹安汽車身結構安全部件材料及其匹配優化設計分析[J].企業文化(中旬刊),2016, (4) :250.

          [2]吳忠來如何優化設計汽車車身結構安全部件材料的探討[J]科技展望, 2016, (9) :54.

          [3]魯永勝。商用安全帶固定部件結構研究[D]青島理工大學, 2016.

        作者單位:中北大學朔州校區
        原文出處:鄧婕.淺談汽車碰撞過程分析及安全設計要點[J].中國戰略新興產業,2018(44):233.
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