摘 要

近年来随着国民经济水平的提高，汽车的普及率越来越高，交通安全事故的发生率也越来越高，消费者对汽车的安全性能要求逐渐提高，提高汽车的安全性能成为汽车产业的必然趋势。汽车吸能盒作为汽车保险杠系统的主要吸能装置，碰撞发生时通过自身的压溃作用吸收碰撞能量，将动能转变为自身的内能，以减小对乘员以及汽车重要零部件的损伤。本文主要对汽车吸能盒的结构进行优化，提高汽车的安全性能。

本文主要研究汽车在低速碰撞工况下吸能盒的吸能特性，首先利用三维建模软件对其进行结构设计，再利用有限元软件对其进行碰撞仿真分析并进行结构优化。

首先基于UG三维建模软件建立了防撞梁-吸能盒模型，然后利用HyperMesh软件对模型进行几何清理、划分网格、网格质量检查、定义材料属性、定义连接关系，建立吸能盒的有限元模型。

其次在HyperMesh软件中使用OptiStruct求解器对吸能盒模型进行模态分析，验证模型结构的合理性，最后使用Radioss求解器对模型进行碰撞仿真，定义约束、定义边界、初速度,定义输出控制卡片。

在HyperView中对仿真模型进行后处理，得到100%偏置碰撞下和40%偏置碰撞下吸能盒的峰值碰撞力以及吸能效果。通过增加吸能盒的壁厚来进行结构优化，得到优化后的吸能盒的峰值碰撞力较优化前稍有增加，但增大的幅度很小，100%偏置碰撞下峰值碰撞力增大了3.6%，40%偏置碰撞下峰值碰撞力增大了13%，对吸能盒的吸能特性影响不大，优化后吸能效果相对于优化前要好，动能转化为内能的速度更快。优化效果很好。

关键词：吸能盒；有限元分析；碰撞仿真；优化设计

Abstract

In recent years, with the improvement of national economic level, the popularity of automobile is higher and higher, the incidence of traffic accidents is also higher and higher, the safety performance requirements of consumers are also gradually improved, improving the safety performance of automobile has become the inevitable trend of automobile industry. As the main energy absorbing device of automobile bumper system, the energy absorbing box will absorb the energy of collision by its own crushing effect when the collision occurs, and change the kinetic energy into its own internal energy to reduce the damage to the passengers and other valuable parts of the automobile. This thesis is mainly to optimize the structure of the car energy absorbing box to improve the safety performance of the car.

This thesis mainly studies the energy absorbing characteristics of the energy absorbing box under the condition of low-speed collision. Firstly, the three-dimensional modeling software is used to design the structure of the energy absorbing box, and then the finite element collision simulation software is used to optimize the structure.

Firstly, the model of anti-collision beam energy absorbing box is established based on UG model 3D modeling software. Then, the model is cleaned, meshed, checked for mesh quality, defined for material attribute and connection relation by HyperMesh software, and the finite element model of energy absorbing box is established.

Secondly, in HyperMesh software, we use the Optistruct solver to carry out modal analysis of the model, and verify the rationality of the model structure. Finally, we use the radios solver to carry out collision simulation of the model, define constraints, boundary, initial speed, and output control card.

After processing the simulation model in the hyperview, the peak collision force and energy absorption effect of the energy absorbing box under 100% offset collision and 40% offset collision are obtained. By increasing the wall thickness of the energy absorbing box to optimize the structure, the peak impact force of the optimized energy absorbing box is a little larger than that before optimization, but the increasing range is very small, the 100% offset impact is increased by 3.6%, the 40% offset impact is increased by 13%, which has little effect on the energy absorbing characteristics of the energy absorbing box, the energy absorbing effect after optimization is better than that before optimization, and the kinetic energy is converted into internal energy faster. The optimization effect is very good.

Keywords:Energy absorbing box; Finite element analysis; Collision simulation; Optimal design

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 汽车防撞性吸能盒研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 本文研究内容 4

第2章 防撞梁三维模型的建立 6

2.1某车型防撞梁整体结构 6

2.2 零件结构说明 6

2.2.1吸能盒模型 6

2.2.2 前防撞梁模型 8

2.2.3 脚架模型 8

2.3 连接方式 9

2.4 本章小结 9

第3章 汽车防撞梁有限元模型的建立与仿真分析 10

3.1 有限元理论基础 10

3.2 仿真模型搭建过程 11

3.2.1 几何清理及抽取中面 11

3.2.2 网格划分 12

3.2.3 网格检查与优化 13

3.2.4 材料属性定义 14

3.2.5 连接关系处理 14

3.2.6 接触设置 14

3.3 防撞梁模态分析 15

3.4 本章小结 16

第4章 防撞梁碰撞仿真 17

4.1 防撞梁动态仿真模型的建立 17

4.1.1 碰撞刚体的建立 17

4.1.2 边界约束设置 17

4.1.3 初速度设置 18

4.1.4 输出控制设置 19

4.2 防撞梁碰撞分析 20

4.2.1 碰撞过程中的碰撞力分析 20

4.2.2 防撞梁碰撞过程中的吸能情况分析 21

4.3 吸能盒结构优化 22

4.3.1 汽车吸能盒优化后动力学分析 22

4.3.2 汽车吸能盒优化后的吸能分析 23

4.4 本章小结 23

第5章 结论与展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

随着国民经济水平的不断提高，汽车走进进了千家万户，逐渐成为人们生活当中必不可少的一部分。而随着汽车数目的大量增多，每年发生的交通事故也大大增加。为了减小汽车碰撞时的造成的危害，提高汽车的安全性能，强化汽车主要吸能装置——吸能盒的吸能效果的研究越来越受到汽车生产商的重视。

汽车碰撞通常有以下几种形式：正面碰撞、侧面碰撞、成一定角度碰撞、追尾碰撞和翻滚碰撞等。而正面碰撞的交通事故又占据其中的大部分，且正面碰撞中低速碰撞的概率非常高，且由于低速碰撞造成的人员死亡案例非常少，导致人们忽视了这方面的研究。在汽车发生碰撞后，安装在汽车汽车横梁和前纵梁之间的吸能盒会利用自身的压溃来吸收碰撞能量，从而保护前纵梁等高成本、不宜更换的部件和水箱、散热器等重要附件。研究低速正面碰撞下汽车吸能盒的吸能效果对汽车吸能盒性能的提高以及对人身安全的保障具有重要意义。