基于行人頭部保護(hù)和剛度要求的發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的逐年增加,在汽車(chē)碰撞事故中弱勢(shì)行人受到的傷害隨之增多,其中頭部損傷是造成行人死亡的主要原因。在人-車(chē)碰撞事故中,頭部主要的接觸區(qū)域是發(fā)動(dòng)機(jī)罩,因此發(fā)動(dòng)機(jī)罩優(yōu)化設(shè)計(jì)需要考慮行人保護(hù)以降低頭部傷害。同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足不同工況下的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度要求。
　　現(xiàn)有的研究工作,多數(shù)是單純從提高行人頭部保護(hù)性能或者改善靜態(tài)剛度出發(fā),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),二者分開(kāi)、獨(dú)立進(jìn)行,缺乏一種有效的方式將這兩種設(shè)計(jì)要求同時(shí)融入

2、到發(fā)動(dòng)機(jī)罩的設(shè)計(jì)工作中。針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了一種基于行人頭部保護(hù)和靜態(tài)剛度的發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,耦合以上兩種設(shè)計(jì)要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)罩對(duì)兒童更容易造成傷害,本文針對(duì)兒童頭型撞擊發(fā)動(dòng)機(jī)罩開(kāi)展分析。
　　首先,本文根據(jù)GB/T24550—2009《汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)》中對(duì)于兒童頭型沖擊器的設(shè)計(jì)要求,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的LS-DYNA兒童頭部碰撞有限元模型。通過(guò)法規(guī)中對(duì)于頭模質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求,確定了

3、幾何模型的關(guān)鍵尺寸。利用響應(yīng)面優(yōu)化法得到了材料關(guān)鍵參數(shù),從而滿(mǎn)足法規(guī)中兒童頭型的跌落加速度和頻率要求。最后,通過(guò)對(duì)該有限元模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,表明模型滿(mǎn)足法規(guī)要求,并將其用于后續(xù)的兒童行人保護(hù)研究。
　　采用LS-DYNA、MSC NASTRAN與ENKIBONNET分別作為碰撞仿真、剛度分析和參數(shù)優(yōu)化的工具。在前期開(kāi)發(fā)的兒童頭型沖擊器有限元模型的基礎(chǔ)上,針對(duì)某款發(fā)動(dòng)機(jī)罩,進(jìn)行了靜態(tài)剛度分析和針對(duì)某個(gè)撞擊點(diǎn)的行人頭部碰撞分析。對(duì)該發(fā)

4、動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化,優(yōu)化過(guò)程耦合了行人頭部保護(hù)和靜態(tài)剛度分析要求。仿真模型建立后,進(jìn)行了碰撞和剛度分析;將內(nèi)板優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)榛贑AE的參數(shù)化設(shè)計(jì),得到優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;利用響應(yīng)面法作為最優(yōu)化方法,結(jié)合遺傳優(yōu)化算法確定了發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)的優(yōu)化參數(shù)。結(jié)果表明,優(yōu)化方案對(duì)于行人頭部保護(hù)的效果提升明顯,從而驗(yàn)證了該多學(xué)科優(yōu)化方法的可行性,為發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可借鑒的方法。
　　最后,進(jìn)行了鋁質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板結(jié)構(gòu)的正向概念性設(shè)計(jì)。