论文总字数：14619字

摘 要

我国经济的发展蒸蒸日上，汽车持有量也在不断增加，交通事故数量也在增加。本文主要针对汽车后保险杠防撞梁进行，以提高汽车被动安全性能，达到减少交通事故所带来的危害的效果。通过查阅相关国内外文献，了解到汽车后保险杠防撞梁的研究情况后，本文将对本次项目研究的意义和技术路线进行探讨。分析后保险杠防撞梁的结构，对它的结构进行相应的改进，并将其合理地放置在汽车上，研究后保险杠防撞梁的碰撞特性，利用计算机仿真建立与汽车后保险杠防撞梁碰撞的有限元模型，提高汽车的碰撞安全性能，减少交通事故带来的一系列社会和经济问题。

关键词：防撞梁后保险杠；仿真分析；安全性；结构优化设计

Optimization Design of Anti-collision Beam for Aluminum Alloy Rear Bumper Based on Collision Safety

Abstract

China's economic development is booming, car ownership is also increasing, and the number of traffic accidents is also increasing. This paper mainly focuses on the anti-collision beam of the rear bumper to improve the passive safety performance of the car and achieve the effect of reducing the harm caused by traffic accidents. After consulting relevant domestic and foreign documents and learning about the research situation of the rear bumper anti-collision beam, this article will discuss the significance and technical route of this project. The structure of the rear bumper anti-collision beam is analyzed, and its structure is improved accordingly. It is placed on the car reasonably. The collision characteristics of the rear bumper anti-collision beam are studied. The finite element model of the collision with the rear bumper anti-collision beam is established by computer simulation. The safety performance of the car is improved, and a series of social and economic problems caused by traffic accidents are reduced.

Keywords: rear bumper of anti-collision beam，Simulation analysis，Security，Structural optimization design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1项目研究的背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1..2.2 国外研究现状 2

1.3项目研究的内容 2

第二章 汽车后保险杠防撞梁的结构与功用 3

2.1汽车后保险杠的结构 3

2.2汽车后保险杠的功用 3

第三章 汽车后保险杠防撞梁的设计 4

3.1防撞梁的设计规范 4

3.2设计车型的介绍 4

3.3材料选择 4

3.4防撞梁的结构设计 5

第四章 汽车后保险杠防撞梁的三维模型建模 6

4.1三维模型的建立 6

4.1.1ug简介 6

4.1.2防撞梁的三维模型 6

4.1.3碰撞器的三维模型 7

第五章 碰撞测试模拟方案的设计 9

5.1常用碰撞模拟方法的介绍 9

5.2碰撞模拟方案 9

第六章 防撞梁碰撞仿真分析 11

6.1ANSYS简介 11

6.2防撞梁的有限元模型的建立 11

6.3碰撞变形分析 12

6.4碰撞应力分析 12

6.5碰撞能量变化分析 13

6.6有限元分析小结 13

第七章 防撞梁的优化 14

7.1优化方案 14

7.2优化后的变形对比 14

7.3优化后的应力对比 15

7.4碰撞能量分析 16

7.5优化总结 17

研究展望 18

致谢 19

参考文献 20

第一章 引言

1.1项目研究的背景及意义

自从1886年汽车诞生至今，汽车给我们带来的好处与其带来的危害同样多。从汽车的诞生到成为当今不可缺少交通工具，导致了每年因为交通事故死亡的人群增多，也使得交通事故成为今天国家最大的问题之一。在汽车碰撞过程中,发生几率最高的是汽车尾部的碰撞。汽车追尾会造成严重的后果，不仅损坏汽车的保险杠，还会影响驾驶的稳定性，如果在高速公路上发生追尾，则会引发更为严重的连环碰撞事故，会引起车身结构的的变形，还会威胁着乘员的生命安全，给社会带来不好的影响，也会带来巨大的经济损失。在交通事故中，追尾是占比最大的，占到了所有事故中的37%。

图1.1交通事故中追尾所占比例

在发生碰撞时，保险杠对汽车的保护至关重要，保险杠系统通常由防撞梁、内衬泡沫板及外塑料壳等部分组成，其中防撞梁是影响汽车碰撞安全性的关键。防撞梁的重要作用是当车辆发生正面碰撞或偏置碰撞时，它都能使碰撞力和碰撞能量尽可能均匀地沿左右吸能盒向后传递，从而降低单侧部件的受损程度。因此,研究汽车保险杠防撞梁的碰撞特性和碰撞过程中的吸能特性,对于提高汽车的碰撞安全性具有重要的意义。在这次毕业设计中，我将对小型号汽车的后保险杠的防撞梁进行优化设计，，来提高防撞梁的抗击强度，更好地抵御追尾事故中的冲击力带来的伤害。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

国内从1980年就开始着力于汽车保险杠的研究，许多大学和研究机构都有自己的汽车碰撞试验室，进行着汽车碰撞安全性的研究。上海交通大学对汽车的碰撞模拟，吸能结构以及保险杠进行研究，同济大学对汽车追尾以及侧碰等方面进行分析，等等。国内在汽车的安全领域的研究机构证正在逐步形成，但是在产品研究等方面却做的不够全面，缺少对车辆多种工作情况下碰撞的深入研究，所以目前国内的研究体系不够完善。

李邦国采用显示有限元方法和拓扑优化方法对不同横截面形状的防撞横梁的压溃刚度、变形模式进行了分析，从而提出一种全新的“8”字形横截面形状的防撞横梁结构，仿真结构表明优化后的防撞横梁吸能性增加^[1]。杨永生基于保险杠吸能盒压溃变形模式对其进行了优化，在吸能盒上设置了合理的诱导槽结构，使得防撞横梁的吸能和位移性能都得到提升，说明诱导槽结构对于改进吸能盒压溃变形模式是有效的。^[2] 朱平在对保险杠总成进行轻量化设计时，用T4铝合金材料替换了原有低碳钢材料，对优化前后的保险杠进行了碰撞对比分析。研究发现，优化前后保险杠的位移量基本相同，但铝合金保险杠前纵梁位移量比低碳钢保险杠要小，表明优化后车身碰撞吸收能量的能力有所提高。在满足整车碰撞安全性的前提下，分别用高强度钢材和铝合金材料对车身的覆盖件进行轻量化优化设计，优化后质量分别减轻了53.10kg和9.31kg，减重为64.50%和11.30%。结果表明使用铝合金材料和高强度钢材均可实现车身结构轻量化的目的，并且铝合金材料的轻量化效果优于高强度钢材^[3]。

1..2.2 国外研究现状

目前国外汽车上普遍采用的被动安全措施主要包括采用安全带、安全气囊等乘员约束系统来保护乘员，采用结构缓冲与吸能措施来减少碰撞过程中乘员承受的碰撞能量。其中提高汽车碰撞安全性能的一个主要方面是改善汽车的结构缓冲与吸能特性，因为“一次碰撞”在很大程度上决定了“二次碰撞”的剧烈程度‚而汽车结构的缓冲与吸能特性是控制“一次碰撞”的关键^[6]。国外提出了一种X形吸能结构，它可以根据外部碰撞能量的大小改变变形模式，从而提高碰撞过程中的吸能能力^[4]。

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