MPDB测试与车对车碰撞相关性研究

为了进一步降低社会交通事故伤亡率,C-NCAP引入了移动式渐进可变形碰撞测试工况(MPDB),用以评估车辆碰撞兼容性。主要是针对MPDB工况与车对车碰撞事故的相关性问题及车身碰撞兼容性优化方法进行研究。选取某SUV车型作为“基准车”。选取另一辆车作为“子弹车”,基于压溃理论对其进行MPDB工况仿真分析及优化,得到三种碰撞兼容性评分状态下的“子弹车”,与“基准车”进行车对车碰撞仿真,对比发现MPDB工况与实车对撞(Car to Car)工况下车辆碰撞兼容性表现具有较强的相关性。

Al-Cu合金凝固微观组织的三维模拟及优化

采用CA-FE模型,对同一铸件不同尺寸的Al-2%Cu合金凝固微观组织进行三维模拟及预测,并引入空位形成能对固相扩散系数进行了优化。结果表明,当铸件直径分别为20、40和60 mm时,柱状晶占总晶体比率分别为65.2%、52.1%和21.4%,逐渐减少,而等轴晶所占比率逐渐增加;当换热系数由500 W/(m2.K)增大到5 000 W/(m2.K)时,同一铸件中不同直径的铸件凝固组织中柱状晶组织比例显著增大。模拟结果与实验结果吻合较好,能够较为准确地反映等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大小。

Al-2%Cu二元合金微观组织模拟中液相扩散系数的计算

采用改进的Miedema模型和Eyring模型,对Al-2%Cu合金的液相扩散系数进行理论计算,建立了二元合金液相扩散系数的理论计算模型,解决实验难以测量液相扩散系数导致数据匮乏的难题。在Eyring模型中,引入液态合金黏度—时间的变化曲线,替代原模型中的溶剂黏度数值,以进一步提高计算结果的准确性。在微观组织模拟中,基于常规恒定液相扩散系数模拟结果的柱状晶比例为20.1%,而基于本研究计算所得的液相扩散系数曲线模拟结果的柱状晶比例为64.8%,更接近实验测得的柱状晶比例58.1%,很好地验证了液相扩散系数理论计算模型的可行性和准确性。

薄壁铝合金压铸充型过程中的流动特征及其凝固组织

采用旋转黏度计测定AlSi10MnMg铝合金熔体的黏度,压铸制备薄壁铝合金铸件,并用高速摄像技术记录分析充型速度,计算流体力学参数Re数和We数来表征薄壁铝合金压铸充型过程中的流动特征,最后采用OM研究其组织。结果表明:旋转黏度计适合于测定非牛顿流体铝合金熔体系统;铝合金熔体以层流、充型前端液面自由表面破碎成细小液滴的形式高速填充薄壁流动试样型腔;浇注温度升高,黏度减小,充型时间、充型速度和充型距离增加,气孔增加,α(Al)晶粒由块状向球状、蔷薇状转变,晶粒尺寸分布越来越均匀;沿充型流动长度方向,气孔先增加后减少,晶粒尺寸分布变化不大;铸件中心位置晶粒尺寸、α(Al)相含量大于型壁边界位置。

薄壁铝合金压铸充型过程中铸件与铸型界面的换热行为

采用压铸制备薄壁AlSi10MnMg铝合金铸件,用高速摄像技术记录分析压铸压射冲头的运动规律,并通过热平衡方程求解充型过程中铸件熔体和铸型之间的换热系数,最后通过数值模拟的方法讨论采用不同换热系数对充型仿真结果的影响。结果表明:充型流动长度随浇注温度的升高而增长;当充型处于液相线温度之上时,充型时间、换热系数随浇注温度的升高而增长;当充型至温度处于液相线温度以下时,充型时间和换热系数变化都很小。模拟仿真结果显示,采用基于热平衡方程求得的换热系数的计算模拟仿真结果与实验结果较一致。

基于Isight反求界面传热系数的研究

以试验测得的温度为基础,基于Isight平台,结合数值模拟方法和模拟退火算法的优化方法,计算求解了A356铝合金铸件冷却凝固过程中铸件与金属铸型间的界面传热系数。采用优化软件Isight集成铸造仿真软件ProCAST,成功解决了这两个软件的接口问题,而且在后处理数据的提取方面,采用均匀步长的计算,与整理后均匀时间步长的试验数据能更好的匹配,从而方便计算优化目标。另外,它不仅可以准确计算出随温度或时间变化的传热系数,而且还可以应用该方法优化铸造工艺和模具。

金属型铸造界面换热系数峰值预测模型的建立和验证

在改进Hamasaiid模型的基础上提出了新的金属型铸造界面换热系数峰值hmax预测模型,该模型引入表面张力参数,定量研究其对界面换热的影响。采用A356铝合金金属型重力铸造实验对模型进行验证。结果表明:反求计算的hmax约为5944 W/(m2·K),采用Hamasaiid模型计算的hmax约为7987 W/(m2·K),误差约为34%;新模型未考虑表面张力时计算的hmax约为6228 W/(m2·K),误差约为5%,考虑表面张力时计算的hmax约为5992W/(m2·K),误差约为1%。新模型计算精度有较大提升,计算结果与反求结果具有很好的一致性,表面张力对计算精度有一定影响。

高锰Hadfield钢单向拉伸变形及断裂行为研究

本研究测试了高锰Hadfield钢室温下在大应变速率(分别为6×10^-3 s^-1、6×10^-4 s^-1、3×10^-5 s^-1和6×10^-6 s^-1)范围内的单向拉伸变形的力学响应行为,分析了合金的变形行为及裂纹萌生与扩展规律。结果表明:在不同应变速率下均存在动态应变时效现象,且延伸率具有正的应变速率敏感性。拉伸变形后,奥氏体晶粒内产生了大量位错和层错,以及细小且相互平行的形变孪晶。应变硬化率随真应变的增加依次表现为“减小—增大—减小”三个演变阶段。其中,第二阶段的增大现象是形变孪晶的急剧增加而形成孪生硬化所致。垂直于拉伸变形方向分布的高密度滑移带是裂纹萌生的主要区域。裂纹扩展以沿垂直拉伸方向的穿晶形式为主,结合沿孪晶方向进行。高锰Hadfield钢的主要变形机制是滑移与孪生的相互竞争。

冲压成型历史对整车正面碰撞的影响

为了更好地提高整车碰撞仿真精度,该文主要研究了冲压成型历史对正面碰撞仿真结果的影响,采用Hyper Form和Radioss软件,以某车型为研究对象,将冲压成型引起的车身部件厚度减薄,残余应力和等效塑性应变信息映射到整车碰撞仿真模型中,并进行了正面碰撞加速度曲线和变形模式的计算;通过对比正面碰撞仿真结果和试验结果,可以发现引入冲压成型历史的碰撞仿真模型可以显著提高整车碰撞仿真的模拟精度,防止产生过设计现象,更好地指导汽车车身设计,为企业节省研发时间和成本。

冲压成型历史对吸能盒变形模式影响的研究

以企业某车型的吸能盒为研究对象,将冲压成型引起的钣金部件厚度减薄、残余应力和等效塑形应变信息映射到台车碰撞仿真模型中,引入冲压成型历史的台车仿真结果在变形模式和加速度峰值上比未考虑冲压成型历史的台车仿真结果更接近于试验测得的数值;引入冲压成型历史可以提高仿真的模拟精度,研究碰撞过程中的变形压溃模式,可更好的指导汽车车身设计,防止过设计现象的产生,为企业节省研发时间和成本。

座椅安装横梁结构对整车侧碰的影响

在整车侧面碰撞过程中汽车座椅安装横梁的设计会影响门槛梁和B柱的侵入量,而汽车门槛梁和B柱的侵入量又与假人伤害紧密联系,为了减少座椅安装横梁结构设计对假人的伤害,该文采用Hyper Mesh和LS-dyna软件,对某款车型不同的前排座椅安装横梁结构进行整车侧面碰撞仿真分析,通过分析不同座椅横梁结构的侧面碰撞仿真结果对比发现,座椅安装横梁结构对B柱和门槛梁的变形模式影响较大,与门槛梁搭接的座椅横梁结构会减少B柱侵入量的数值和门槛梁的应变大小;通过研究不同座椅安装横梁结构对整车侧面碰撞仿真的影响,为以后白车身设计提供了方向指导。

基于关键薄壁件成形历史的整车侧面碰撞仿真

以某企业在研车型为研究对象,研究了关联车身侧面碰撞安全性能的关键薄壁件在冲压成形过程中的拉延减薄、残余应力及等效塑性应变等历史信息对整车侧面碰撞仿真精度及有效性的影响。结果表明:冲压成形所产生的应变强化大于因壁厚减薄所产生的弱化,引入冲压成形历史的侧面碰撞仿真结果在侵入量和侵入速度峰值方面较未考虑冲压成形历史时均更小,且侵入速度的仿真结果更接近于试验结果。导入冲压成形历史进行侧面碰撞仿真可以提高整车侧面碰撞仿真的精度,更好地指导汽车车身设计,防止过设计现象的产生,为企业节省研发时间和成本。

汽车后排座椅行李箱冲击的仿真分析及结构优化

汽车座椅是乘员和汽车之间重要连接纽带,是保证乘员安全的关键零部件之一。为提高汽车座椅的安全性能,减少后排乘员因再次碰撞引起的伤亡,国标GB15083-2006补充了对移动行李后排乘员防护的特殊规定。以某型汽车后排座椅骨架为研究对象,建立仿真模型,运用非线性有限元方法进行仿真研究。计算结果表明该款座椅在行李箱冲击工况中刚度不足,靠背出现了失稳现象。根据仿真结果,提出了优化方案,提高座椅骨架的整体刚度,增强抗变形能力。通过对优化方案进行仿真验证,优化后的后排座椅结构抗冲击能力提升显著,可以满足强制法规的要求。

基于压溃理论的小偏置碰撞结构优化

论文完成了某B级轿车25%重叠碰撞工况的优化设计。首先本文通过对结果统计分析筛选出关键优化结构;然后基于能量管理的方法,设定关键结构的吸能目标。由于结构能量目标无法直接用于结构设计,应将能量目标转化为压溃力目标。接着基于压溃力目标利用压溃理论进行结构设计。最终经过验证,设计方案满足目标要求。

基于某SUV正碰台车试验的有限元建模仿真研究

台车碰撞试验是约束系统开发的主要试验验证方法,基于某SUV的正碰台车试验,建立了乘员侧约束系统有限元模型,介绍了约束系统模型中假人定位、座椅、安全带、白车身、气囊的建模方法,并用LS-DYNA软件进行计算,依据C-NCAP管理规则对假人伤害进行评分。有限元计算结果显示,假人运动姿态、假人各部位伤害曲线与试验相比较吻合,各部位得分与试验基本一致,验证了约束系统模型的有效性。

某电动车的侧面碰撞安全性能提升

2016年国家对于新能源电动车的生产资质放开,电动汽车得到了大力度的推广。随着电动汽车的普及和发展,其碰撞安全性能急需得到有效保障,国家标准对电动汽车的安全性能也提出了具体要求。对某电动汽车进行车身结构及工艺方面的改进,提升其侧面碰撞车辆安全吸能特性,使其满足国家标准GB 20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》及GB/T 31498—2015《电动汽车碰撞后安全要求》的相关要求,并对更改进行了实车碰撞验证。

基于有限元的汽车座椅刚度优化分析

根据国家标准和行业标准对汽车座椅骨架结构的刚度要求,对某款汽车前排座椅进行刚度分析。分析结果表明:座椅骨架结构的初始设计基本能够满足一部分标准工况对座椅的刚度要求,但在模拟前方碰撞和后方碰撞工况中,座椅骨架结构一些零件变形过大或者具有一定的屈服失效风险,需要针对这些问题进行结构仿真优化。加强座椅骨架该位置的局部刚度,重新进行有风险工况的CAE分析。分析结果表明:在满足国标及行业标准的前提下,结构风险得到了有效的控制。

某N1类汽车碰撞安全大腿力性能提升研究

随着中国汽车行业的发展,汽车的被动安全性能越来越受到国家和市场的重视。新的碰撞安全法规GB11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》对N1类(最大设计总质量低于2500kg)载货汽车的正面碰撞安全性能提出了明确的要求。通过对某N1类载货汽车转向中间轴结构的改进提升,有效改善此车驾驶员右大腿伤害情况,使其满足国家法规GB 11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》的相关要求。

车辆前舱电池结构挤压分析及优化

根据电池企业试验标准对汽车前舱电池结构设计要求,对某款汽车前舱12 V电池结构进行4个典型挤压工况的有限元分析。选择合适的单元尺寸,对结构之间的接触方式进行了设置,保证了有限元计算的精度。通过观察电池结构分析结果中的最大变形和应力,不断改进电池包结构设计,最终得到满足企业标准的电池包结构。优化后的结构增强了承载能力,在结构变形和应力方面均达到设计要求。

基于整车路噪性能提升的轮胎优化设计

为提升整车路噪性能,本文中基于虚拟试车场技术和代理模型优化方法对轮胎参数进行了优化。通过集成试验场扫描所得路谱、CDTire轮胎模型和整车声固耦合模型,建立了整车路噪仿真环境。采用最优拉丁超立方采样、Kriging模型和多岛遗传算法构造了优化模型。以轮胎关键物理参数为设计变量,驾驶员外耳声压级均方根为优化目标,测点三向合成加速度均方根为约束,对轮胎进行优化。优化后在测点振动满足要求前提下,整车全频段噪声得到有效改善。