汽車碰撞模擬實驗臺設(shè)計

汽車碰撞模擬實驗臺設(shè)計,汽車碰撞模擬實驗臺設(shè)計,汽車,碰撞,模擬,摹擬,實驗,試驗,設(shè)計 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué) 生 姓 名： 方勇 學(xué) 號： 060104243 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設(shè)計(論文)題目： 汽車碰撞模擬試驗臺設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師: 肖 猛 2010年3月19日  開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1．研究背景 隨著科技的進步、經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，汽車己經(jīng)成為人們學(xué)習(xí)、工作、生活中不可缺少的代步工具，對人們的生活、生產(chǎn)產(chǎn)生了深刻的影響。作為一種便捷的現(xiàn)代化交通工具，汽車在給人們帶來極大便利的同時，也因其造成的交通事故給人類的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴重威脅。隨著全球汽車保有量的不斷增加，交通事故也隨之增加，交通事故己經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的一大社會問題。 這是一組讓人膛目結(jié)舌的數(shù)字。美國的汽車保有量為1.3億輛，每年道路交通死亡4萬人左右；日本的汽車保有量近8000萬輛，每年道路交通死亡1.1萬人，去年降到8000人。中國的汽車保有量是3000萬輛，每年道路交通死亡近11萬人，單車事故率相當于美國的近13倍，日本的近40倍[1]。除去交通狀況等客觀因素，一個不可回避的原因就是中國汽車安全系數(shù)低，我國交通事故的嚴重程度由此可想而知。隨著我國道路交通狀況的不斷改善，我國汽車的保有量不斷增加，車速也逐漸提高，交通事故總量和所造成的人員傷亡與財產(chǎn)損失近年來也呈上升趨勢。加強道路交通系統(tǒng)和汽車安全的研究，預(yù)防交通事故，是需要全社會共同關(guān)注和迫切改善的重要課題[2]。 汽車安全性問題與汽車的各種性能等直接或間接有關(guān)，對其研究最初是與提高汽車的整車性能的研究交織在一起的。隨著二戰(zhàn)后汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，到60年代中期，西方發(fā)達國家中汽車的保有量和汽車的動力性能有了明顯的提高，公路上的車流密度和車流速度己達到了一個空前高的水平，汽車事故發(fā)生率空前高漲，汽車安全性受到了公眾和政府部門的高度重視。從這一時期開始，各國相繼制定或修訂了安全法規(guī)，如美國的汽車安全標準FMVSS等[3]。在這些法規(guī)的制約下，以及為了提高汽車產(chǎn)品的競爭力，各大汽車制造商和一些研究機構(gòu)開展了汽車安全性的專門研究。汽車安全性研究逐漸從汽車技術(shù)研究的其他領(lǐng)域分離出來形成了一個獨立的分支。 2．汽車安全性的種類 汽車安全性可劃分為主動安全性和被動安全性[5]。被動安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進行保護，以免發(fā)生傷害或使傷害減低到最低程度的性能。目前，汽車被動安全性研究內(nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)抗撞性研究、碰撞生物力學(xué)研究以及乘員約束系統(tǒng)及安全駕駛室內(nèi)飾組件的開發(fā)研究這三個方面。 汽車被動安全性研究方法包括試驗研究和計算機仿真研究兩種[6]。汽車被動安全性的研究最早通過實驗進行，內(nèi)容包括臺架沖擊試驗、臺車碰撞模擬試驗和實車碰撞試驗。實車碰撞試驗主要用來對己開發(fā)出的成品車型進行按法規(guī)(如美國FMVSS汽車安全標準)要求的試驗，以鑒定其是否達到法規(guī)要求。涉及整車結(jié)構(gòu)的相關(guān)FMVSS安全標準都要求進行時速為48km/h的實車與固定障壁的前碰實驗。前面固定障礙物的沖擊代表最嚴重的汽車碰撞類型。適合于該碰撞試驗的固定障礙物通常由至少3m寬、1.5m高、0.6m厚的鋼筋混凝土制成。在障礙物后面堆有大約90.000噸夯實的砂土或其等價物。障礙物平面垂直于汽車最后趨近路線，且表面鋪有19mm厚的層壓板。采用道軌來控制試驗汽車的方向，整個車輛的加速度可借安置于車地板或大梁或靠近車門中柱的車身門檻處的加速度儀來測量。我國的碰撞試驗使用的是剛性的水泥墻，其上覆蓋的20cm的木板并不存在變形吸能的作用，只是為了保護儀器，反而是歐洲的重疊碰撞試驗中測試車輛并不是直接撞向剛性墻壁，而是與一個蜂窩結(jié)構(gòu)的吸能塊發(fā)生重疊碰撞，用這個吸能塊來模仿對面來車。 汽車主動安全對策主要涉及汽車的制動性、動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息性等方面。包括防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)、橫擺控制系統(tǒng)、車距報警系統(tǒng)、駕駛輔助預(yù)警系統(tǒng)、安全導(dǎo)航系統(tǒng)后視鏡、高位制動燈等汽車主動安全裝置[7]。 3．汽車模擬碰撞的研究 （1）國外汽車碰撞模擬研究與發(fā)展狀況 對汽車碰撞的研究，國外起步較早。較早開展汽車碰撞研究的是美國。早期汽車碰撞研究主要是進行各種條件下的碰撞試驗，包括實車試驗和模擬試驗，如前所述。國外 汽 車碰撞模擬最早出現(xiàn)在60年代末期，由于當時受計算機硬件水平的限制，一輛車僅包含幾十個節(jié)點，單元類型也局限于梁單元，當時的碰撞模擬主要是對實車碰撞實驗的預(yù)測。80年代由于Cray等巨型機的出現(xiàn)和顯式積分理論的成熟，人們開始研究對整車的耐撞有限元分析，汽車單元數(shù)量發(fā)展到幾千個，同時開發(fā)出了與汽車結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的薄壁單元。進入90年代以來，由于汽車碰撞的商業(yè)化軟件不斷完善，單元數(shù)量也擴大到幾萬個甚至幾十萬個，汽車碰撞模擬結(jié)果越來越接近于實際。由于計算機開始廣泛采用了并行技術(shù)，使得運算時間大大減少，甚至現(xiàn)在普通的個人計算機也可以進行碰撞仿真分析。目前在汽車發(fā)達國家汽車碰撞模擬研究已經(jīng)達到相當成熟的地步，開發(fā)出了許多成熟的用于碰撞模擬的成熟商業(yè)軟件包，已經(jīng)部分取代實驗室的工作。 （2） 國外開展汽車碰撞模擬研究的方向 國外開展的汽車碰撞計算機模擬研究主要包括事故再(ACCIDENTRECONSTRUCTION),碰撞受害者模擬(CRASH VICTIM SIMULATION)、汽車結(jié)構(gòu)抗撞性模擬(SIMULATION OF AUTOMOBILE'S CRASHWORTHI-NESS)三個方向[9-12]。事故再現(xiàn)研究的內(nèi)容是，在汽車事故發(fā)生后，由汽車的最終位置開始，運用按經(jīng)驗建立的運動學(xué)和動力學(xué)模型往回推算，即反向經(jīng)由碰撞后階段一碰撞階段一碰撞前階段，使事故的情況在時間和空間上得以重現(xiàn)。汽車 碰 撞 受害者模擬的研究工作開始于60年代中期，使用的動力學(xué)分析模型是多剛體系統(tǒng)模型和生物力學(xué)分析模型，分別用來模擬人體整體動力學(xué)響應(yīng)和人體局部結(jié)構(gòu)傷害程度。汽車 結(jié) 構(gòu) 抗撞性模擬的動力學(xué)分析模型是非線性大變形有限元模型。有限元模型的優(yōu)點在于能真實地描述結(jié)構(gòu)變形，適用于建立汽車結(jié)構(gòu)模型及人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)分析模型。 （3） 國內(nèi)汽車碰撞模擬研究狀況 我國對汽車被動安全性進行系統(tǒng)研究是從上個世紀80年代后期開始的，汽車碰撞研究工作也開始于這一時期，取得了可喜的成績。1989年，吉林工業(yè)大學(xué)和西安公路交通大學(xué)分別建立了“剛體+彈塑性彈簧”數(shù)學(xué)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論模型和“剛體+彈簧阻尼”數(shù)學(xué)模型[13]。后者還做了模型碰撞試驗，驗證其理論模型。次年，吉林工業(yè)大學(xué)李卓森教授和李洪國教授就計算機模擬中所需的汽車碰撞剛度和汽車正面碰撞方程式等方面進行了探討。1996年清華大學(xué)的黃世霖、王春雨等人應(yīng)用DYNA3D研究了車架結(jié)構(gòu)的耐撞性能并在此研究基礎(chǔ)上對車架結(jié)構(gòu)提出了改進措施。從2000年開始，我國一直實施汽車正面碰撞法規(guī)，即是100%正面全接觸碰撞試驗。2003年，我國己經(jīng)制定GB 11551汽車正碰國家標準。而事實上，在道路交通事故中，由于側(cè)面碰撞造成的傷亡事故也占有相當比例，約有20%。在清華大學(xué)汽車碰撞試驗室和中國汽車技術(shù)研究中心碰撞試驗室進行了大量的碰撞試驗，才最終確定了我國汽車側(cè)碰國家標準(送審稿)的內(nèi)容，并計劃于2006年7月1日起正式實施[14-16]。 4.個人感想 汽車碰撞試驗是汽車碰撞安全性研究中最準確可靠的方法，所開發(fā)汽車的碰撞安全性最終都得通過實車碰撞試驗來檢驗。但此類試驗是汽車開發(fā)中一種昂貴的“試錯”過程，所需開發(fā)時間長，開發(fā)成本高。因此，尋求通過對汽車碰撞進行模擬計算來部分地取代與改進汽車碰撞試驗工作，已成為汽車碰撞安全性研究中的一種必然趨勢。通過模擬計算來分析汽車的碰撞性能，可以為汽車設(shè)計或改進工作提供一些基本規(guī)律和指導(dǎo)方向，減少試驗次數(shù)，避免大量嘗試性的工作，這樣既能節(jié)約開發(fā)成本，又可縮短開發(fā)時間。在我國當前財力物力有限，相關(guān)的試驗條件還不充分具備的條件下，應(yīng)用有限元模擬計算的方法來研究汽車的側(cè)面碰撞安全性，就更加具有現(xiàn)實意義。 參考文獻 [1] 上海市教育委員會.現(xiàn)代汽車安全技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2006. 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