汽車碰撞模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),汽車碰撞模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì),汽車,碰撞,模擬,摹擬,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),設(shè)計(jì) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 方勇 學(xué) 號(hào)： 060104243 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： 汽車碰撞模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 肖 猛 2010年3月19日  開題報(bào)告填寫要求 1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1．研究背景 隨著科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，汽車己經(jīng)成為人們學(xué)習(xí)、工作、生活中不可缺少的代步工具，對(duì)人們的生活、生產(chǎn)產(chǎn)生了深刻的影響。作為一種便捷的現(xiàn)代化交通工具，汽車在給人們帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也因其造成的交通事故給人類的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。隨著全球汽車保有量的不斷增加，交通事故也隨之增加，交通事故己經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的一大社會(huì)問題。 這是一組讓人膛目結(jié)舌的數(shù)字。美國(guó)的汽車保有量為1.3億輛，每年道路交通死亡4萬(wàn)人左右；日本的汽車保有量近8000萬(wàn)輛，每年道路交通死亡1.1萬(wàn)人，去年降到8000人。中國(guó)的汽車保有量是3000萬(wàn)輛，每年道路交通死亡近11萬(wàn)人，單車事故率相當(dāng)于美國(guó)的近13倍，日本的近40倍[1]。除去交通狀況等客觀因素，一個(gè)不可回避的原因就是中國(guó)汽車安全系數(shù)低，我國(guó)交通事故的嚴(yán)重程度由此可想而知。隨著我國(guó)道路交通狀況的不斷改善，我國(guó)汽車的保有量不斷增加，車速也逐漸提高，交通事故總量和所造成的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失近年來(lái)也呈上升趨勢(shì)。加強(qiáng)道路交通系統(tǒng)和汽車安全的研究，預(yù)防交通事故，是需要全社會(huì)共同關(guān)注和迫切改善的重要課題[2]。 汽車安全性問題與汽車的各種性能等直接或間接有關(guān)，對(duì)其研究最初是與提高汽車的整車性能的研究交織在一起的。隨著二戰(zhàn)后汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，到60年代中期，西方發(fā)達(dá)國(guó)家中汽車的保有量和汽車的動(dòng)力性能有了明顯的提高，公路上的車流密度和車流速度己達(dá)到了一個(gè)空前高的水平，汽車事故發(fā)生率空前高漲，汽車安全性受到了公眾和政府部門的高度重視。從這一時(shí)期開始，各國(guó)相繼制定或修訂了安全法規(guī)，如美國(guó)的汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS等[3]。在這些法規(guī)的制約下，以及為了提高汽車產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，各大汽車制造商和一些研究機(jī)構(gòu)開展了汽車安全性的專門研究。汽車安全性研究逐漸從汽車技術(shù)研究的其他領(lǐng)域分離出來(lái)形成了一個(gè)獨(dú)立的分支。 2．汽車安全性的種類 汽車安全性可劃分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性[5]。被動(dòng)安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害減低到最低程度的性能。目前，汽車被動(dòng)安全性研究?jī)?nèi)容包括車身結(jié)構(gòu)抗撞性研究、碰撞生物力學(xué)研究以及乘員約束系統(tǒng)及安全駕駛室內(nèi)飾組件的開發(fā)研究這三個(gè)方面。 汽車被動(dòng)安全性研究方法包括試驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真研究?jī)煞N[6]。汽車被動(dòng)安全性的研究最早通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，內(nèi)容包括臺(tái)架沖擊試驗(yàn)、臺(tái)車碰撞模擬試驗(yàn)和實(shí)車碰撞試驗(yàn)。實(shí)車碰撞試驗(yàn)主要用來(lái)對(duì)己開發(fā)出的成品車型進(jìn)行按法規(guī)(如美國(guó)FMVSS汽車安全標(biāo)準(zhǔn))要求的試驗(yàn)，以鑒定其是否達(dá)到法規(guī)要求。涉及整車結(jié)構(gòu)的相關(guān)FMVSS安全標(biāo)準(zhǔn)都要求進(jìn)行時(shí)速為48km/h的實(shí)車與固定障壁的前碰實(shí)驗(yàn)。前面固定障礙物的沖擊代表最嚴(yán)重的汽車碰撞類型。適合于該碰撞試驗(yàn)的固定障礙物通常由至少3m寬、1.5m高、0.6m厚的鋼筋混凝土制成。在障礙物后面堆有大約90.000噸夯實(shí)的砂土或其等價(jià)物。障礙物平面垂直于汽車最后趨近路線，且表面鋪有19mm厚的層壓板。采用道軌來(lái)控制試驗(yàn)汽車的方向，整個(gè)車輛的加速度可借安置于車地板或大梁或靠近車門中柱的車身門檻處的加速度儀來(lái)測(cè)量。我國(guó)的碰撞試驗(yàn)使用的是剛性的水泥墻，其上覆蓋的20cm的木板并不存在變形吸能的作用，只是為了保護(hù)儀器，反而是歐洲的重疊碰撞試驗(yàn)中測(cè)試車輛并不是直接撞向剛性墻壁，而是與一個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)的吸能塊發(fā)生重疊碰撞，用這個(gè)吸能塊來(lái)模仿對(duì)面來(lái)車。 汽車主動(dòng)安全對(duì)策主要涉及汽車的制動(dòng)性、動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息性等方面。包括防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR)、橫擺控制系統(tǒng)、車距報(bào)警系統(tǒng)、駕駛輔助預(yù)警系統(tǒng)、安全導(dǎo)航系統(tǒng)后視鏡、高位制動(dòng)燈等汽車主動(dòng)安全裝置[7]。 3．汽車模擬碰撞的研究 （1）國(guó)外汽車碰撞模擬研究與發(fā)展?fàn)顩r 對(duì)汽車碰撞的研究，國(guó)外起步較早。較早開展汽車碰撞研究的是美國(guó)。早期汽車碰撞研究主要是進(jìn)行各種條件下的碰撞試驗(yàn)，包括實(shí)車試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)，如前所述。國(guó)外 汽 車碰撞模擬最早出現(xiàn)在60年代末期，由于當(dāng)時(shí)受計(jì)算機(jī)硬件水平的限制，一輛車僅包含幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)，單元類型也局限于梁?jiǎn)卧?dāng)時(shí)的碰撞模擬主要是對(duì)實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)。80年代由于Cray等巨型機(jī)的出現(xiàn)和顯式積分理論的成熟，人們開始研究對(duì)整車的耐撞有限元分析，汽車單元數(shù)量發(fā)展到幾千個(gè)，同時(shí)開發(fā)出了與汽車結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的薄壁單元。進(jìn)入90年代以來(lái)，由于汽車碰撞的商業(yè)化軟件不斷完善，單元數(shù)量也擴(kuò)大到幾萬(wàn)個(gè)甚至幾十萬(wàn)個(gè)，汽車碰撞模擬結(jié)果越來(lái)越接近于實(shí)際。由于計(jì)算機(jī)開始廣泛采用了并行技術(shù)，使得運(yùn)算時(shí)間大大減少，甚至現(xiàn)在普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)也可以進(jìn)行碰撞仿真分析。目前在汽車發(fā)達(dá)國(guó)家汽車碰撞模擬研究已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的地步，開發(fā)出了許多成熟的用于碰撞模擬的成熟商業(yè)軟件包，已經(jīng)部分取代實(shí)驗(yàn)室的工作。 （2） 國(guó)外開展汽車碰撞模擬研究的方向 國(guó)外開展的汽車碰撞計(jì)算機(jī)模擬研究主要包括事故再(ACCIDENTRECONSTRUCTION),碰撞受害者模擬(CRASH VICTIM SIMULATION)、汽車結(jié)構(gòu)抗撞性模擬(SIMULATION OF AUTOMOBILE'S CRASHWORTHI-NESS)三個(gè)方向[9-12]。事故再現(xiàn)研究的內(nèi)容是，在汽車事故發(fā)生后，由汽車的最終位置開始，運(yùn)用按經(jīng)驗(yàn)建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型往回推算，即反向經(jīng)由碰撞后階段一碰撞階段一碰撞前階段，使事故的情況在時(shí)間和空間上得以重現(xiàn)。汽車 碰 撞 受害者模擬的研究工作開始于60年代中期，使用的動(dòng)力學(xué)分析模型是多剛體系統(tǒng)模型和生物力學(xué)分析模型，分別用來(lái)模擬人體整體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和人體局部結(jié)構(gòu)傷害程度。汽車 結(jié) 構(gòu) 抗撞性模擬的動(dòng)力學(xué)分析模型是非線性大變形有限元模型。有限元模型的優(yōu)點(diǎn)在于能真實(shí)地描述結(jié)構(gòu)變形，適用于建立汽車結(jié)構(gòu)模型及人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)分析模型。 （3） 國(guó)內(nèi)汽車碰撞模擬研究狀況 我國(guó)對(duì)汽車被動(dòng)安全性進(jìn)行系統(tǒng)研究是從上個(gè)世紀(jì)80年代后期開始的，汽車碰撞研究工作也開始于這一時(shí)期，取得了可喜的成績(jī)。1989年，吉林工業(yè)大學(xué)和西安公路交通大學(xué)分別建立了“剛體+彈塑性彈簧”數(shù)學(xué)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論模型和“剛體+彈簧阻尼”數(shù)學(xué)模型[13]。后者還做了模型碰撞試驗(yàn)，驗(yàn)證其理論模型。次年，吉林工業(yè)大學(xué)李卓森教授和李洪國(guó)教授就計(jì)算機(jī)模擬中所需的汽車碰撞剛度和汽車正面碰撞方程式等方面進(jìn)行了探討。1996年清華大學(xué)的黃世霖、王春雨等人應(yīng)用DYNA3D研究了車架結(jié)構(gòu)的耐撞性能并在此研究基礎(chǔ)上對(duì)車架結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)措施。從2000年開始，我國(guó)一直實(shí)施汽車正面碰撞法規(guī)，即是100%正面全接觸碰撞試驗(yàn)。2003年，我國(guó)己經(jīng)制定GB 11551汽車正碰國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而事實(shí)上，在道路交通事故中，由于側(cè)面碰撞造成的傷亡事故也占有相當(dāng)比例，約有20%。在清華大學(xué)汽車碰撞試驗(yàn)室和中國(guó)汽車技術(shù)研究中心碰撞試驗(yàn)室進(jìn)行了大量的碰撞試驗(yàn)，才最終確定了我國(guó)汽車側(cè)碰國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)的內(nèi)容，并計(jì)劃于2006年7月1日起正式實(shí)施[14-16]。 4.個(gè)人感想 汽車碰撞試驗(yàn)是汽車碰撞安全性研究中最準(zhǔn)確可靠的方法，所開發(fā)汽車的碰撞安全性最終都得通過實(shí)車碰撞試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。但此類試驗(yàn)是汽車開發(fā)中一種昂貴的“試錯(cuò)”過程，所需開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，開發(fā)成本高。因此，尋求通過對(duì)汽車碰撞進(jìn)行模擬計(jì)算來(lái)部分地取代與改進(jìn)汽車碰撞試驗(yàn)工作，已成為汽車碰撞安全性研究中的一種必然趨勢(shì)。通過模擬計(jì)算來(lái)分析汽車的碰撞性能，可以為汽車設(shè)計(jì)或改進(jìn)工作提供一些基本規(guī)律和指導(dǎo)方向，減少試驗(yàn)次數(shù)，避免大量嘗試性的工作，這樣既能節(jié)約開發(fā)成本，又可縮短開發(fā)時(shí)間。在我國(guó)當(dāng)前財(cái)力物力有限，相關(guān)的試驗(yàn)條件還不充分具備的條件下，應(yīng)用有限元模擬計(jì)算的方法來(lái)研究汽車的側(cè)面碰撞安全性，就更加具有現(xiàn)實(shí)意義。 參考文獻(xiàn) [1] 上海市教育委員會(huì).現(xiàn)代汽車安全技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2006. 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