汽車碰撞安全性設計
交通事故是由人和車參與的，在道路上發(fā)生的造成人身傷亡、財物損失的意外情況。
特性：具有突發(fā)性、涉及面廣、具有極強的社會性、具有頻發(fā)性
有限元法
在汽車被動安全研究領域中，模擬計算采用的方法主要是多剛體動力學法和動態(tài)大變形非線性有限元法。
動態(tài)大變形非線性有限元法與傳統(tǒng)有限元法的區(qū)別在于考慮到了結構的幾何非線性和材料非線性，且不局限于小變形系統(tǒng)，因此十分適合處理碰撞接觸問題。
電測量系統(tǒng)一般包括傳感器、測量電路、放大器、指示器、記錄儀和數(shù)據(jù)處理儀器等幾部分
碰撞試驗對所使用的各種傳感器的量程范圍和耐沖擊特性有較高要求。
碰撞試驗對假人的要求：
1) 尺寸、質量分布、關節(jié)活動、胸部等各部分在受載荷時的變形特性應與人體很相似；
2) 應能對人體相對應的各部分的加速度、負荷等參量進行測定；
3) 個體間的差異小，反復再現(xiàn)性好，并且具有良好的耐久性；
為什么要對假人進行標定？
要求假人各方面應與所規(guī)定的性能指標一致。 ?
假人在最初的投入使用以及使用過一段時間以后，為了驗證其各部位是否還具有逼真的仿生學特性，是否符合法規(guī)試驗的要求，是否能繼續(xù)應用于試驗，必須對假人進行標定。
車身抗撞性設計要求
1．正面碰撞
1) 確保乘員生存空間，減小乘員艙變形和對乘員艙的侵入
2) 減小車身減速度
3) 碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開車門
2．側面碰撞
抗側面碰撞設計應當以減小乘員艙侵入、維持乘員生存空間為重點
1) 減小側圍結構對乘員艙的侵入量，防止侵入量過大時對乘員的擠壓傷害
2) 減小側圍結構對乘員艙的侵入速度，特別是與乘員接觸時車門速度，減輕對乘員的撞擊力
3) 碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開非碰撞側的車門
3．后面碰撞
1) 減小乘員艙變形。通常用后排座位R點的前移量來衡量
2) 減小碰撞中車身的減速度，減輕乘員的鞭梢性傷害
3) 在碰撞中維持油箱的存放空間，減小對油箱、油路擠壓
4．滾翻
1) 減小乘員艙的變形量，特別是車頂?shù)淖冃?
2) 要求碰撞過程中車門不能打開。碰撞后可以不使用工具打開車門
5．低速碰撞
主要避免汽車重要部件的損壞，減少因撞車帶來的維修費用 要求設置低速碰撞吸能區(qū)，使低速碰撞車輛的動能主要通過低速碰撞吸能區(qū)的變形被吸收，并盡量不使低速碰撞吸能區(qū)后部的車身主要結構發(fā)生永久變形
6．行人保護 ?
撞行人時，汽車對行人的傷害一般包括
① 一次碰撞時由保險杠、前散熱器罩和發(fā)動機罩前端等產(chǎn)生的下肢傷害
② 行人與發(fā)動機罩、擋風玻璃等二次碰撞時的頭部傷害
③ 受撞擊后的行人與路面三次碰撞產(chǎn)生的傷害
1) 車身結構設計時應將相關部位的剛度設計得軟一些，以緩沖對人體的撞擊
2) 在行人保護措施中，應防止車外凸出物對行人的傷害
車身抗撞性分析方法的發(fā)展
1) 上世紀60年代末以前，汽車對障礙物的碰撞試驗是評價汽車抗撞性唯一可用的方法
缺點是研發(fā)周期長、成本高，并且無法在汽車重量和抗撞性方面使設計達到最優(yōu)化
2) 上世紀60年代以后，大量應用汽車碰撞模擬技術
通過數(shù)值模擬技術在車身結構設計中的應用，設計人員實現(xiàn)了對最終設計的更有效控制，減小了設計風險
碰撞模擬在車身結構設計中的應用分為三個階段
1) 概念開發(fā)階段
2) 結構設計階段
3) 結構確認階段
車身模型的建立
1) 幾何模型的簡化
2) 零件有限元模型的建立
3) 各零件有限元網(wǎng)格的裝配
4) 各零件材料特性和厚度的給定
5) 點焊聯(lián)接的模擬
其它部分模型的建立
1) 剛硬結構的模擬
① 剛體用來模擬結構中不變形的部分
② 模擬發(fā)動機、變速器和離合器等
2) 桿形結構的模擬
① 桿形結構，根據(jù)它們在碰撞中的表現(xiàn)，采用不同的模擬方式
② 發(fā)生嚴重塑性變形：用實體單元模擬
③ 沒有發(fā)生塑性變形或塑性變形很微小：用梁單元模擬
④ 不變形：用一個或多個梁單元模擬
3) 機構的模擬
運動副模擬，采用梁單元，通過松弛節(jié)點自由度的方式模擬
4) 輪胎彈性的模擬
對于車輪布置靠前的車輛，輪胎通過其彈性變形參與吸能過程，并影響前端結構的變形
5) 慣性的調整
① 改變材料的密度
② 增加集中質量
③ 改變剛體的慣性屬性
進行整車或部件的碰撞模擬的目的：是評價其抗撞性
? 通常對碰撞模擬計算結果進行的分析包括有
1) 能量分析
2) 力分析
3) 變形分析
4) 剛度分析
5) 應力分析
6) 減速度分析
7) 速度分析
8) 碰撞時序分析等
車身抗撞性設計的主要內容
1．車身結構剛度組織
1) 合理組織結構的吸能
2) 合理組織碰撞載荷的傳遞：
① 減小乘員艙的變形或對乘員艙的侵入
② 為吸能結構提供牢固、穩(wěn)定的支撐，保證吸能元件吸能能力的實現(xiàn)
③ 使承載能力強的元件分擔多的載荷，承載能力弱的元件分擔少量的載荷
④ 使盡可能多的結構元件參與載荷的傳遞，以提高材料的使用效率
2．車身結構剛性設計
? 目的是減小乘員艙在各種碰撞形式中的變形，保證乘員的生存空間
? 梁形結構和接頭的設計，在滿足重量約束條件下，達到剛度組織中對部件剛度的要求使乘員艙的剛度滿足要求
3．車身結構吸能設計
? 在正面和后面碰撞中，允許通過車身前部或后部結構的變形緩沖撞擊，減小碰撞過程中車身的減速度
? 如何在車身前部或后部結構允許變形區(qū)有限的情況下很好的完成這一任務，就是車身結構吸能設計要完成的工作
（1）吸能的組織
（2）吸能的管理
（3）碰撞吸能區(qū)
將車身前部結構劃分為三個區(qū)
1) 低速碰撞和行人保護區(qū)
2) 相容吸能區(qū)
? 在此布置主要吸能結構
? FF形式，發(fā)動機艙中的動力總成支撐在副車架上
? 動力總成質量大、剛度大，受到撞擊后基本不變形。
受撞后，會隨著支撐的變形向后運動，撞擊前圍板，
造成對乘員艙的侵入，嚴重時會擠傷乘員。因此，
相容吸能區(qū)常布置在這些剛硬的結構之前
3) 乘員艙保護區(qū)
? 是吸能結構與乘員艙之間的結構
? 這部分結構在前圍板和前地板處伸到乘員艙之下
