基于有限元法货车后下部防护装置的研究
摘要
随着汽车保有量的增长和公路等级的不断提高,汽车碰撞事故越来越多,其中追尾相撞是发生频率较高的事故。在追尾事故中,小轿车追尾大货车的事故属于多发性事故。具有良好阻挡作用和缓冲吸能效果的货车后下部防护装置能有效保护追尾车辆,防止小车发生钻入碰撞,提高车辆间的碰撞相容性,对保持高速公路交通的顺畅、减少恶性追尾事故的发生起到积极的促进作用。因此,货车后下部防护装置的改进设计与研究,对提高货车的被动安全性,改善道路交通安全有着非常重要的意义。
本文以福田某款车型尺寸参数为基准,参照GB11567.2-2001规定的技术要求,确定后下部防护装置的相关尺寸,利用有限元软件建立货车后下部防护装置与移动壁障的简化有限元模型。选择矩形钢结构后下部防护装置作为研究对象,经结构分析选定钢管壁厚、长宽比与斜撑倾角作为试验因素,进行三因素三水平正交试验,对仿真试验结果进行正交分析,找出各因素对评价指标的影响排列次序。利用数据处理系统对正交试验结果进行回归分析,建立各评价的指标的回归模型,并对回归模型进行优化。
针对防护装置典型结构变形过程中存在的问题,从诱导弯曲变形、渐进吸能方式、最大位移限制、材料与结构分析等方面入手改进典型装置结构,以达到提高缓冲吸能效果的目的。选定横梁截面形状、钢管壁厚、长宽比与倾角等作为试验因素,进行七因素三水平正交试验,对试验结果进行正交分析,找出各因素对评价指标的影响排列次序。同时进行回归分析,建立各评价指标的回归模型,对回归模型进行优化求解。
通过分析比较改进结构与典型结构碰撞吸能效果,验证改进结构的可行性。本论文针对典型结构与改进结构建立的回归模型,为今后的研究提供了参考依据。且此种改进装置结构简单,加工容易,易于推广。
With the growth in car ownership and continual improvement on highway classification, the number of collision accidents increased, which include a high frequency of rear-end collision. And collision accidents that a car crash the truck's rear occur frequently. Rear underrun protection requirement of truck with good blocking effect and sufficient energy absorption can availably protect rear-end vehicles, prevent cars from knocking into vans, improve the crash compatibility between vehicles. It can promote maintaining smooth traffic and reducing vicious collision accidents. Therefore, revised design and study on rear underrun protection requirement of truck for improving the passive safety of vans and road traffic safety is of great significance.
Based on size parameters of Foton's model, the paper ascertained the rear underrun protection's dimension according to technical requirements of GB11567.2-2001, and then established the finite element model of protection and mobile barrier. It opted rectangle steel protective device as the research object, and selected pipe thickness, length-width ratio and bracing angle as test factors. The ordering of impact that factors act on evaluating indicators had been found after three factors and three level orthogonal test. It established and optimized regression models for every evaluating indicators after regression analysis by data processing system.
For increasing the energy absorption, the paper improved the typical device in many fields, such as Induced bending, gradual absorption, maximum displacement limit, materials and structural analysis, after considering problems during the process of deformation. It selected beam's section shape, pipe thickness, length-width ratio, angle and others as test factors. The ordering of impact that factors act on evaluating indicators had been found after three factors and three level orthogonal test. It established and optimized regression models for every evaluating indicators after regression analysis by data processing system. The feasibility of improved structure had been verified by comparing the effect of energy absorption between the typical and improved guard.
本文以福田某款车型尺寸参数为基准,参照GB11567.2-2001规定的技术要求,确定后下部防护装置的相关尺寸,利用有限元软件建立货车后下部防护装置与移动壁障的简化有限元模型。选择矩形钢结构后下部防护装置作为研究对象,经结构分析选定钢管壁厚、长宽比与斜撑倾角作为试验因素,进行三因素三水平正交试验,对仿真试验结果进行正交分析,找出各因素对评价指标的影响排列次序。利用数据处理系统对正交试验结果进行回归分析,建立各评价的指标的回归模型,并对回归模型进行优化。
针对防护装置典型结构变形过程中存在的问题,从诱导弯曲变形、渐进吸能方式、最大位移限制、材料与结构分析等方面入手改进典型装置结构,以达到提高缓冲吸能效果的目的。选定横梁截面形状、钢管壁厚、长宽比与倾角等作为试验因素,进行七因素三水平正交试验,对试验结果进行正交分析,找出各因素对评价指标的影响排列次序。同时进行回归分析,建立各评价指标的回归模型,对回归模型进行优化求解。
通过分析比较改进结构与典型结构碰撞吸能效果,验证改进结构的可行性。本论文针对典型结构与改进结构建立的回归模型,为今后的研究提供了参考依据。且此种改进装置结构简单,加工容易,易于推广。
With the growth in car ownership and continual improvement on highway classification, the number of collision accidents increased, which include a high frequency of rear-end collision. And collision accidents that a car crash the truck's rear occur frequently. Rear underrun protection requirement of truck with good blocking effect and sufficient energy absorption can availably protect rear-end vehicles, prevent cars from knocking into vans, improve the crash compatibility between vehicles. It can promote maintaining smooth traffic and reducing vicious collision accidents. Therefore, revised design and study on rear underrun protection requirement of truck for improving the passive safety of vans and road traffic safety is of great significance.
Based on size parameters of Foton's model, the paper ascertained the rear underrun protection's dimension according to technical requirements of GB11567.2-2001, and then established the finite element model of protection and mobile barrier. It opted rectangle steel protective device as the research object, and selected pipe thickness, length-width ratio and bracing angle as test factors. The ordering of impact that factors act on evaluating indicators had been found after three factors and three level orthogonal test. It established and optimized regression models for every evaluating indicators after regression analysis by data processing system.
For increasing the energy absorption, the paper improved the typical device in many fields, such as Induced bending, gradual absorption, maximum displacement limit, materials and structural analysis, after considering problems during the process of deformation. It selected beam's section shape, pipe thickness, length-width ratio, angle and others as test factors. The ordering of impact that factors act on evaluating indicators had been found after three factors and three level orthogonal test. It established and optimized regression models for every evaluating indicators after regression analysis by data processing system. The feasibility of improved structure had been verified by comparing the effect of energy absorption between the typical and improved guard.
引文
[1]葛如海,刘志强,陈晓东.汽车安全工程[M].北京：化学工业出版社,2005：115-128,391-412
[2]马社强,刘东,邵春福.北京交通事故现状及对策研究[J].中国人民公安大学学报,2008(3)
[3]李平飞.大型载货汽车后下部防护装置被动安全性及其试验程序研究[J].轻型汽车技术,2008,244(4)
[4]赵洋,岳大军.浅析大型货车后下部防护装置的现状与改进措施[J].农业装备与车辆工程,2010(1)
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[6]张金换,杜汇良,马春生等.汽车碰撞安全性设计[M].北京：清华大学出版社,2010：360-369
[7]李皖宁.汽车后下部防护试验台研制[D].江苏：南京理工大学,2009
[8]De Coo PJA,Nieboer J.Improved Ssfety of Car Occupants in Frontal Collisions with Trucks. [R].25th FISITA CONGRESS.1994,8
[9]Roger Z, Rechnitzer G, Grzebieta R. Simulation of Truck Rear Underrun Barrier Impact [JJ.SAE Paper,2001,225(6)
[10]Rechnitzer G, Powell C,Seyer K.Performance Criteria Design and Crash Test of Effective Rear Under-ride Barriers for Heavy Trucks[J].SAE Paper,2001,189(6)
[11]Cerniglia D,Lombardo E,Nigrelli V.Conceptual Design by TRIZ:An Application to a Rear Underrun Protective Device for Industrial Vehicle[C]//International Electronic Conference on Computer ScienceAIP Conference Proceedings,2008:328-331
[12]Atahan A O.A Recommended Specification for Heavy Vehicle Rear Underrun Guards[J].Accident Analysis and Prevention,2007,39(4):696-707
[13]Berg A,Krehl M,Riebeck L,et al.Passive Safety of Trucks in Frontal and Rear-end Collisions with Cars[EB/OL].http://www.technet-alliance.com/uploads/tx_caeword/Pass Safety Trucks Berg Krehl Riebeck UB.19.pdf.
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[22]杨辉,董学勤,李佳琦,余良富.货车后下部防钻撞保护装置的研究[J].汽车工程,2009,31(12)：1162-1164
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