(毕业设计)a00电动轿车车头3d设计及碰撞分析论文修正(编辑修改稿)

(毕业设计)a00电动轿车车头3d设计及碰撞分析论文修正(编辑修改稿)内容摘要：

程，进行数字化工程实施。 CATIA 的技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。 从近来一些著名汽车制造商所做的采购决定，如 Renault、 Toyota、 Karman 、 Volvo、 Chrysler 等，足以证明数字化车辆的发展动态。 Scania 是居于世界领先地位的卡车制造商，总部位于瑞典。 其卡车年产量超过 50， 000 辆。 当其他竞争对手的卡车零部件还在 25，000个左右时， Scania 公司借助于 CATIA 系统，已经将卡车零部件减少了一半。 现在， Scania 公司在整个卡车研制开发过程中，使用更多的分析仿真，以缩短开发周期，提高卡车的性能和维护性。 CATIA 系统是 Scania 公司的主要CAD/CAM 系统，全部用于卡车系统和零部件的设计。 通过应用这些新的设计工具，如发动机和车身底盘部门 CATIA 系统创成式零部件应力分析的应用，支持开发过程 中的重复使用等应用，公司已取得了良好的投资回报。 现在，为了进一步提高产品的性能， Scania 公司在整个开发过程中，正在推广设计师、分析师和检验部门更加紧密地协同工作方式。 这种协调工作方式可使 Scania 公司更具市场应变能力，同时又能从物理样机和虚拟数字化样机中不断积累产品知识。 本科生毕业设计（论文） 10 车头 3D 数模 图 21 车头 3D模型 本科生毕业设计（论文） 11 第三章 碰撞过程中各吸能区的划分及作用 车身的概述 车身是汽车的“上层建筑”，是整车的四大组成部分之一。 汽车的更新换代很大程度上取决于汽车车身技术的发展。 汽车车 身涉及美学、空气动力学、环境学、计算机、机械工程学、人机工程学、材料和化工等。 车身一般由白车身、内饰、外件、附件组成。 白车身 白车身：英文 body in white,是指车身本件及覆盖件的总成，包括车身焊接本体、翼子板、四门两盖（五门一盖），不含附件及装饰件的未涂漆的车身。 如下图： 图 白车身结构 车身的作用 1)实现整车功能的作用 2)为乘员提供舒适的乘坐环境 3)为乘员提供安全保护措施 本科生毕业设计（论文） 12 4)减少空气阻力 5)增强汽车的美观性 其中，为乘员提供安全保护措施是本课题研究的 主要内容，即车头碰撞安全性的研究。 车头结构 下图为本课题研究的电动车的整车效果图 图 整车效果图 车头主要由前保险杠、车头顶盖、翼子板和车头内部骨架组成。 由于该纯电动车车头较短，在碰撞过程中起主要作用的是车头内部骨架结构，如下图所示： 图 车头骨架结构 本科生毕业设计（论文） 13 车头骨架设计要求 空间要求 要有足够的空间安装汽车悬架，动力总成以及其他附件。 变形控制要求 1)最大变形量的控制，这一许可变形区的实现是密切相关的。 车体结构侵入乘员空间造成的接触伤害是主要的伤害成因之一，在汽车碰撞中应 尽量避免对乘员的接触伤害，绝对保证乘员舱结构的整体刚度，避免自身塌陷或其他结构的侵入造成乘员伤害。 因此，必须控制最大变形量，将碰撞变形限制在一定区域之内。 2)控制结构变形模式，不同结构的碰撞变形模式主要包括以下几种，褶皱，弯曲，断裂，其中断裂包括焊点等连接 的破坏失效和结构本身的破坏失效。 不同的变形形式，能量吸收能力有很大的差异，对于汽车碰撞安全往往有决定意义，前纵梁在弯曲失效的情况下吸能能力将降低约 40%。 汽车前部耐碰撞结构应尽可能针对多种碰撞边界条件设计，使得耐撞结构在碰撞中发生稳定的变形，充分发挥变 形吸能作用。 3)结构变形次序的控制。 合理的变形次序不仅能够使结构有效发挥变形吸能作用，同时也能够在一定程度上引导结构的稳定变形模式。 汽车前纵梁的后端在碰撞时先发生屈曲变形，则很容易引导整个前纵梁未变形区域相对转动，形成弯曲失效，而如果按照由前向后的次序变形，则不会发生这种不利于乘员保护的危险情况。 4) 汽车结构大都是由冲压件连接构成承载结构，结构连接有效、可靠是保证汽车结构发挥作用的关键。 在正面碰撞中，前纵梁是具有一定截面形状的承载管件，它的变形过程具有较强的吸能能力，而当前纵梁失去截面形状时，就无法发 挥原有的吸能能力。 碰撞过程中吸能区的划分 为了在碰撞过程中能够充分缓冲吸收由加速度剧变产生的巨大能量，车头骨架在设计时做了如个几个吸能区： 1） 本科生毕业设计（论文） 14 图 前防撞梁 前防撞梁，其中三根横梁中的中梁为主要的吸能梁，在碰撞第一时间产生变形，下梁为辅助吸能梁，上梁的吸能作用最小。 2） 图 主吸能梁 中防撞梁连接梁，在车头碰撞过程中伴随着前防撞梁一同变形，为主要的吸能区域。 3） 图 辅助吸能梁 本科生毕业设计（论文） 15 辅助吸能区，主要起二次吸能的作用。 各吸能区的作用 1)前防撞梁。 在正面碰撞的过程中， 汽车的受力部位可能是汽车正面的任何部位，多数情况下不是吸能纵梁的所在位置，所以需要前横梁将受到的力传递给吸能纵梁，同时自身吸收一定的能量。 2)主吸能纵梁。 根据《 GB 173541998 汽车前、后端保护装置》中的规定。 基准高度为 445mm，所以主吸能纵梁的高度设计在这一高度，吸收大部分能量。 对车辆的缓冲减速起关键作用，同时保证车辆在减速的过程中的减速度要在合理范围内，保证车内乘员的安全。 3)辅助吸能纵梁。 除了在基准高度上要设置主吸能纵梁外，还要在其他高度设置辅助吸能纵梁，来分担主吸能纵梁的冲击，分担主吸 能纵梁的能量，辅助控制碰撞过程中的减速度，降低主吸能纵梁的设计刚度，从而降低设计制造成本。 本科生毕业设计（论文） 16 第四章 各吸能区断面结构的分析计算 各吸能区的断面结构 在截面位置处获得断面结构： 1)前防撞横梁上梁： 图 前防撞横梁上梁 断面结构： 图 断面图 截面面积 抗拉强度 6061 T6:310 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 108 m4 IY= 107 m4 WX=IX/YMax=IX/= 106 m3 WY=IY/XMax=IY/= 106 m3 2)前防撞横梁中梁 本科生毕业设计（论文） 17 图 前防撞横梁中梁 断面结构： 图 断面图 截面面积 抗拉强度 6061 T6:310 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 107 m4 IY= 107 m4 WX=IX/YMax=IX/= 106 m3 WY=IY/XMax=IY/= 105 m3 截面图形 3)前防撞横梁下梁 图 前防撞横梁下梁 本科生毕业设计（论文） 18 断面结构： 图 断面图 截面面积 抗拉强度 6061T6:310 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 107 m4 IY= 107 m4 WX=IX/YMax=IX/= 106 m3 WY=IY/XMax=IY/= 105 m3 4)防撞纵梁上梁 图 防撞纵梁上梁 断面结构 图 断面图 截面面积 抗拉强度 6063 T6:241 本科生毕业设计（论文） 19 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 106 m4 IY= 106 m4 WX=IX/YMax=IX/= 104 m3 WY=IY/XMax=IY/= 104 m3 5)防撞纵梁中梁 图 防撞纵梁中梁 断面结构 图 断面图 截面面积 m2 抗拉强度 6063 T6:241 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 106 m4 IY= 106 m4 WX=IX/YMax=IX/= 106 m3 WY=IY/XMax=IY/= 106 m3 6)防撞纵梁下梁 本科生毕业设计（论文） 20 图 防撞纵梁下梁 断面结构 图 断面图 截面面积 抗拉强度 6063 T6:241 弹性模量 70GPa 惯性矩 IX= 106 m4 IY= 106 m4 WX=IX/YMax=IX/= 106 m3 WY=IY/XMax=IY/= 106 m3 断面结构的分析计算 我们以 100 100 的截面为例，例举以下几种截面形状方案来比较： 本科生毕业设计（论文） 21 我们以改变截面尺寸，例举以下几种截面形状方案来比较： 分析结果：加大截面尺寸是最直接，效果最好的，尺寸增加 倍，重量增加约 倍，惯性矩可以增加 倍有多，即抗弯刚度可提高 倍。 考虑到实际情况，管梁尺寸的增加幅度有限制，那么可以综合两种方案在增加截面尺寸的同时优化截面形状来满足使用要求。 本科生毕业设计（论文） 22 第五章 电动汽车车头结构仿真分析及优化设计 汽车碰撞 汽 车碰撞是个瞬态的大位移和大变形的过程，系统具有几何非线性、材料非线性和接触非线性等多重非线性特征，它涉及在动载下的本构关系、非线性问题算法等问题。 目前，动态非线性有限元方法成为了汽车碰撞模拟计算的主要研究手段。 概要 本 流程为乘用车 整车正面 100%重叠冲击刚性壁障试验的通用仿真分析流程。 在试验 条件 下，首先给定车辆向前方向上的初速度，然后撞向前部固定的刚性壁障。 壁障面垂直于车辆行进方向，并与车辆前部 100%重叠。 仿真按照以下标准执行： 1)正面 48km/h 壁障冲击仿真是执行美国联邦机动车安全标准 FMVSS 208：乘员碰撞保护标准。 2)正面 56km/h 壁障冲击仿真是执行 美国高速公路安全协会 （ NHTSA）新车评价体系（ NCAP 试验标准）。 3)低速仿真一般用在具有安全气囊的碰撞测试中。 分析主要用于评价 整车在正面碰撞试验中的结构性能，同时通过加入乘员系统来计算乘员伤害值。 流程应用工具软件 在整个仿真分析流程中使用到的软件如下： 1)前处理软件： HyperMesh 2)求解程序： LS_DYNA 3)后处理软件： LS_Post 汽车碰撞过程的特点 汽车碰撞过程是一个动态的大位移和大变形过程，接触和高速冲击载荷影响着碰撞全过程，系统具有几何非线性和材料非线性等多重非线性。 汽车上的各零部件所发生的变形可以是线性弹性变形、非线性弹性变形、塑性变形、粘塑性变形及其组合等。 碰撞速度与撞压变形：汽车碰撞前方障碍物后，车体撞压变形量随碰撞速本科生毕业设计（论文） 23 度的增大而增加，当碰撞速度小于 65Km/h 时，二者成线性关系，其相对误差小于 2% ；当碰撞速度大于 65Km/h 时，二 者成非线性，且随碰撞速度的增大非线性也在增加。 时间变化：汽车碰撞持续变形时间： 40~80ms；随碰撞相对速度增加，碰撞持续时间逐渐减少 . 汽车与汽车碰撞持续时间略长于汽车碰撞刚性障碍壁的持续时间 . 汽车与汽车碰撞时，碰撞持续时间随汽车刚度不同而略有差别。 汽车碰撞刚性障碍壁中速度损耗： 经过大量的计算，我们发现汽车碰撞刚性障碍壁时，速度损耗量为碰撞前的 30%左右，当汽车与汽车碰撞时，碰撞过程中速度的损耗量低于汽车碰撞刚性障碍壁的损耗量，为 20%~25%。 能量变化：汽车碰撞刚性障碍壁时，碰撞过程中损失的能 量为总能量的 55%左右，当汽车与汽车发生碰撞时，碰撞过程中损失的能量低于汽车碰撞刚性障碍壁时损失的能量。 HyperMesh 软件介绍及功能 Hypermesh 软件 是美国 Altair 公司的产品，是世界领先的、功能强大的 CAE应用 软件包 ，也是一个创新、开放的企业级 CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。 在 CAE 领域 , Hypermesh 最著名的特点是它所具有的强大的有限元 网格 前处理功能和后处理功能。 一般来说， CAE 分析工程师 80％的时间都花费 在了有限元模型的建立和修改上 ， 而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多 CAD 系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。 HyperMesh 是一个高性能的有限元前后处理器，它能让 CAE 分析 工程师 在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。 与其他的有限元前后处理器比较， HyperMesh 的 图形用户界面 易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维 CAD几何模型 (UG,Pro/E,CATIA 等 )已 有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高，可以。