《汽车车身设计-第六章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车车身设计-第六章（146页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、第六章 车身结构抗撞性2022年5月26日14时28分1提纲第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑第五节 碰撞模拟的基本理论一、物体变形过程描述二、控制方程三、空间有限元离散化四、单元积分和沙漏控制五、时间积分与时间步长控制第六节 抗撞性试验一、抗撞性试验分类二、整车碰
2、撞试验三、零部件试验2022年5月26日14时28分2汽车保有量的增加，汽车道路交通事故逐年上升，已成为全球范围内的一大公害例：美国1994年因汽车交通事故死亡的人数达43536人，约占各种事故造成的死亡人数总数的一半保证碰撞时乘员的安全、减少事故造成的损失，具有重要的现实意义安全已经和节能、环保一起成为当今汽车发展的三大主题第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序世界汽车工业不断发展壮大高速公路不断增多交通事故交通事故驾驶员本身道路环境气候汽车技术状态安全性2022年5月26日14时28分3汽车安全性 主动安全性 汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力 研究内容包括汽车
3、的操纵稳定性能、制动性能、灯光系统和驾驶员视野性能等 被动安全性 汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力 研究内容包括车身结构抗撞性、约束系统性能、转向系统的防伤性能等 “抗撞性（Crashworthiness）” 汽车结构在碰撞过程中保护乘员的能力 这种保护能力主要由车身结构提供第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分4通常将汽车的碰撞形式分为正面碰撞、侧面碰撞、后面碰撞和滚翻在交通事故中，发生不同形式碰撞的比例不同正碰：占总数67。由于已采取了很多成功措施，人员死亡数只占汽车碰撞事故总死亡人数的31侧碰：占总数28。由于对乘
4、员的保护比正碰困难，人员死亡数占汽车碰撞事故总死亡人数的34滚翻：发生的比例虽很小，但死亡率很高，死亡人数占碰撞事故死亡总人数的33，多数是由于乘员被甩出乘员舱造成的，在死亡的乘员中只有13系上了安全带后碰：发生的比例也很小，且通常是低速碰撞，死亡比例低，颈部的鞭梢性伤害是经常出现的伤害形式第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分5目前，关于汽车被动安全性要求的公开规范主要有法规和民间性质的评价程序 规定了对汽车被动安全性的要求 规定了规范化的试验方法 为车身结构抗撞性设计指明了目标第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估
5、程序2022年5月26日14时28分6（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规由于汽车交通事故带来的人身和经济损伤越来越大，从上世纪50年代起，许多国家相继开始制定汽车安全法规，实施汽车产品安全认证制度汽车产品认证制度，是国家对汽车产品管理的一种方式，产品只有通过认证，才能在市场上销售。在此条件下，汽车安全法规已经成为推动汽车工业技术进步和不断提高汽车安全性的主要动力之一汽车安全性法规中比较有代表性的是美国联邦机动车安全法规（Federal Motor Vehicle Safety Standards，FMVSS）和欧洲法规（ECE和EEC），其它如日本、加拿大、澳大利亚等国家的法规基本上是参
6、考美国和欧洲的法规制定的我国汽车安全性法规的制定工作起步比较晚、起点比较低，但是也陆续制定了许多强制性汽车安全法规第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分7（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规1美国汽车被动安全法规美国汽车被动安全法规 美国联邦机动车安全法规FMVSS，是在美国国家交通及机动车安全法的授权下，由美国运输部（DOT）下属的国家公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA）制定的，它们都被收录在联邦法规集（Code of Federal Regu
7、lation, CFR）第49篇第571部分 从1968年1月10日实行以来，经过不断的修改，各条款的要求越来越严格 FMVSS将汽车的安全问题主要分为三大部分 第一部分是主动安全法规，在FMVSS的100系列编号之内 第二部分是被动安全法规，属于FMVSS中200系列编号之内 第三部分是防止发生撞车火灾事故的法规，分别在FMVSS中300系列编号之内第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分8（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规1美国汽车被动安全法规美国汽车被动安全法规第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序202
8、2年5月26日14时28分9（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规2欧洲汽车被动安全法规欧洲汽车被动安全法规欧洲各国除了有自己的汽车法规外，主要有两个地区性的汽车法规 联合国欧洲经济委员会（Economic Commission for Europe，ECE）制定的汽车法规：ECE法规由各国任意自选，是非强制性的 欧洲经济共同体（European Economic Community，EEC）制定的指令（Directive）：EEC指令作为成员国的统一法规，是强制性的由于两大组织机构彼此间有着极为密切的关系，EEC指令从法规内容看，与ECE法规大多数项目基本相同，其他许多项目也具有很大程度的
9、相似性第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分10（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规2欧洲汽车被动安全法规欧洲汽车被动安全法规第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分11（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规3我国汽车被动安全的强制性标准和法规我国汽车被动安全的强制性标准和法规以欧洲ECE/EEC汽车技术法规体系为主要参考，在具体内容上紧跟欧、美、日三大汽车法规体系的协调成果这些强制性标准从技术要求的角度看，其内容与国际上先进的法规体系基本相同从1993年第一批强制性标准发布以来
10、，汽车安全方面的标准共有66项，其中主动安全23项，被动安全24项，一般安全19项第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分12（一）被动安全性法规（一）被动安全性法规3我国汽车被动安全的强制性标准和法规我国汽车被动安全的强制性标准和法规我国强制性汽车标准虽是法规性标准，但由于缺乏立法部门批准及缺乏法规结构上的完整性，尚不能称其为真正的汽车法规中国汽车技术法规体系CMVDR是参照ECE法规体系建立的，1999年10月28日，原国家机械工业局颁布了中国第一项汽车技术法规CMVDR294关于正面碰撞乘员保护的设计规则，到目前为止已经颁布了40项C
11、MVDR第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分13（二）新车评估程序（二）新车评估程序新车评估程序（New Car Assessment Program，NCAP）1978年首先在美国开始，主要目的是为消费者提供汽车安全性能准确和全面的信息，以帮助他们做出购车决定NCAP的最终目标是通过市场激励机制而不是通过强制性法规，促使汽车生产厂商自主地开发出能在碰撞中更好保护乘员的汽车与强制性汽车安全法规相比，NCAP有以下几个特点1. 执行机构的中立性质2. 试验内容更严格和全面3. 对试验结果的评价更加细化第一节 概述一、汽车碰撞的形式二、被动
12、安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分14（二）新车评估程序（二）新车评估程序现在，开展NCAP的主要有美国、欧洲、日本、澳大利亚和我国等国家美国US-NCAP：从1978年开始，由国家公路交通安全管理局负责进行。所进行的试验包括与刚性固定壁障的正面碰撞试验、移动可变形壁障与静止试验车侧面碰撞试验和汽车抗滚翻（Rollover Resistance）试验欧洲EURO-NCAP：从1997年开始，所进行的试验包括与可变形固定壁障40重叠率的正面碰撞试验、移动可变形壁障与静止试验车侧面碰撞试验、横向移动试验车侧面撞击刚性柱形障碍物试验和撞行人试验我国C-NCAP：第一节 概述一、
13、汽车碰撞的形式二、被动安全性法规与新车评估程序2022年5月26日14时28分15(一) 乘员伤害的原因1）生存空间丧失汽车碰撞事故中，由于乘员舱外部结构的侵入或乘员舱的变形，会导致乘员生存空间的丧失，使乘员受到挤压或撞击例：正碰，转向盘将乘员挤在座椅靠背上侧碰，受撞击后侵入乘员舱的侧门直接撞击乘员滚翻事故，车顶结构严重挤压变形使乘员头部受到挤压等在正碰和滚翻事故中，若有车门打开，乘员生存空间被破坏，成为导致乘员伤害的原因第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分16(一) 乘员伤害的原因2）二次碰撞碰撞中，乘员
14、生存空间未丧失情况下，乘员与汽车内部结构（包括安全带和安全气囊）的碰撞或被抛出车外被称为二次碰撞，这也是造成碰撞中乘员伤害的一类主要原因措施 主要通过座椅和安全带对乘员的约束，减轻二次碰撞对乘员的伤害 通过内部吸能装置，如吸能式转向柱、吸能式仪表板和内饰、安全气囊等，也可以对减轻二次碰撞对乘员的伤害起到辅助作用第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分17(一) 乘员伤害的原因3）碰撞后不能快速逃逸与被救援 汽车发生碰撞事故后，若乘员不能及时逃逸或被救援，也会使伤害加重 例1：碰撞后，如果乘员有失血发生，且不能及
15、时逃逸或被救，那么就可能出现由于失血过多而导致死亡的危险 例2：碰撞后，天气寒冷且乘员无法逃逸，造成成员冻伤或冻死 碰撞后不能快速逃逸与被救援的主要结构原因： 乘员逃逸空间丧失了 如：驾驶员被挤住了或安全带卡住了 碰撞后用于乘员逃逸或被救援的车门难以被打开第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分18(一) 乘员伤害的原因4）碰撞火灾 碰撞后，如果燃油系统发生泄漏，就可能导致火灾，这也会造成对乘员的伤害。第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26
16、日14时28分19（二）乘员伤害机理进行车身抗撞性设计的最终目的，是保护汽车碰撞事故中人员的安全，其中很重要的内容是保护乘员的安全了解汽车碰撞事故中乘员伤害的机理，有助于将各种碰撞形式下对乘员保护的要求，转化为对车身结构碰撞响应特性的要求，从而可以有的放矢的进行车身结构抗撞性的设计第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分20（二）乘员伤害机理1头部伤害头部伤害一般都是由冲击产生颅骨与脑的相对运动而引起的脑伤害的主要原因是作用在脑本体的正/负压力、由压力梯度引起的剪切作用，或者说是脑本体相对于颅骨的运动为了防止碰
17、撞中对乘员头部的伤害，应当减小头部受到的冲击或头部的减速度第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分21（二）乘员伤害机理2颈部伤害颈部伤害汽车碰撞事故中，颈部受碰撞的情况不超过4。但颈部受极轻的冲击，也容易留下很麻烦的后遗症。脊髓受到暂时性撞击或挤压，也会产生对脊髓的伤害颈部伤害的机理：1）椎体相互间前后方向错动产生的剪切力使脊髓损伤2）脊柱向前弯曲或向后伸展产生过大拉伸或压缩引起的损伤3）因压缩产生的椎间盘突出引起的损伤4）由于椎体骨折引起的损伤第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性
18、设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分22（二）乘员伤害机理2颈部伤害颈部伤害后碰引起的“鞭梢综合症” 是颈部被头部惯性力过度拉伸的结果 在使用安全气囊的情况下，当前排乘员的位置不正确或驾驶员的身材较矮小时，气囊的展开可能会造成颈部的拉伸伤害，其中的一些情况是由于下巴受到冲击后，使颈部产生过度的伸展第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分23（二）乘员伤害机理2颈部伤害颈部伤害由压缩引起的颈部伤害 一般由从顶部对头的冲击造成的，冲击对颈部产生很大的压缩载荷，并伴有弯曲载荷 头部、颈部的初始
19、方位和表面摩擦决定了颈部所受弯曲载荷的大小 这种伤害在汽车事故中不经常出现，但是当人体被射到挡风玻璃上或在滚翻事故中头部撞击车顶盖时会出现第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分24（二）乘员伤害机理3胸部伤害胸部伤害严重汽车碰撞事故中，作用在胸部的载荷经常大得足以折断肋骨和胸骨，撕裂胸部大动脉，心脏和肺也会被折断的肋骨端部割伤。其中，事故死因的3540是胸部大动脉被撕裂，由前后方向的减速度引起的剪切力是胸部大动脉裂伤的主要原因。对胸部前面和侧面的撞击都会导致大动脉的破裂第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的
20、原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分25（二）乘员伤害机理3胸部伤害胸部伤害由于胸腔内组织的粘弹性特性，胸部伤害的形式还决定于载荷的速度对于对胸部撞击速度小于3m/s的低速载荷，胸部伤害主要是由于对胸腔的挤压造成胸部的变形或骨折在非常高速载荷的作用下，如非正常状态下安全气囊打开时对胸部的撞击或钝器对胸部的高速撞击，所形成的压缩波通过胸部时，会造成肺泡组织破裂在类似拍击的作用下，也会造成肺的挫伤、心室壁的挫伤或致命的心室纤维颤动第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28
21、分26（二）乘员伤害机理3胸部伤害胸部伤害正碰乘员胸部可能与转向盘和仪表板发生高速碰撞，佩戴安全带还会受到安全带压迫，气囊过硬也会对乘员的胸部产生撞击为减轻对乘员胸部的伤害，一方面，应减少仪表板和转向盘的后移量；另一方面，对安全带、安全气囊、吸能式转向柱进行合理设计，并采用吸能式仪表板、转向盘和内饰侧碰侵入乘员舱的侧围结构会从侧面高速撞击该侧乘员胸部为减小对乘员胸部的伤害，不仅要控制侧面结构对乘员舱的侵入量，还应当减小其侵入后撞击乘员的速度第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分27（二）乘员伤害机理4腹部伤害
22、腹部伤害汽车碰撞事故中，对腹部的伤害同样取决于作用力的强度和速度内脏的伤害多为因强烈打击引起的挫伤、裂伤。实体器官比中空器官更容易受到伤害。肝脏和脾脏受伤害的频率较高，对它们的伤害会危及生命正碰：对腹部的伤害常由于方向盘的挤压或撞击、安全带的作用造成侧碰：对腹部的伤害一般是由侵入乘员舱的侧围结构从侧面撞击和挤压乘员腹部造成的第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分28（二）乘员伤害机理5骨盆伤害骨盆伤害正碰对骨盆的伤害通常是由于膝盖猛然撞击仪表板所产生的载荷造成的大腿骨的头部被推向关节窝，如果髋部是外展的，对大
23、腿骨向后的撞击可能引起髋关节脱臼。如果大腿被挤在座椅靠背与仪表板之间，骨盆可能会在骶骨关节与骶骨分离侧碰车门撞击股骨大转子，导致向内侧推髋关节窝。最经常出现的伤害是髋骨臼部骨折。另外，当从侧面撞击大腿时，也经常发生髋骨臼部骨折或髋关节脱臼第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分29（二）乘员伤害机理6下肢伤害下肢伤害下肢由三个主要人体部位和两个高度灵活的关节组成三个人体部位分别是大腿、小腿和脚两个高度灵活的关节是膝关节和踝关节正碰：对驾驶员放脚空间的较大侵入，经常造成对下肢关节和骨骼的伤害除非是大出血，这种伤害
24、一般不会危及生命，但往往留下比较严重的后遗症第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分30（二）乘员伤害机理6下肢伤害下肢伤害1）膝关节）膝关节在汽车碰撞事故中，当膝盖与仪表板接触时，经常会发生膝盖伤害以前的汽车碰撞事故中，会发生小腿在膝盖以下受到仪表板撞击而膝盖没有与仪表板接触的情况，这时，常会发生十字韧带的撕裂现在，汽车仪表板下部都有一个向远离乘员方向倾斜的斜面，从而在碰撞中保护了十字韧带。但是，汽车的仪表板仍然有相对较硬的表面，在碰撞事故中，当膝盖与其接触时，仍会导致膝盖骨的骨折第二节 车身抗撞性设计要求一
25、、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分31（二）乘员伤害机理6下肢伤害下肢伤害2）踝关节对踝关节一般伤害的包括中间和侧面脚踝骨的骨折、跗骨颈部和胫骨末端的骨折。软组织伤害包括围绕在踝关节四周的韧带撕裂在碰撞事故中，对放脚空间的侵入会使脚向脚面相反方向或外侧弯曲。这些旋转运动是导致踝关节骨折和韧带损伤的主要原因第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分32（二）乘员伤害机理6下肢伤害下肢伤害3）长骨骨折下肢长骨包括股骨（大腿骨）、胫骨和腓骨在弯曲载荷的作用下
26、，会发生股骨和胫骨中间折断 对于股骨，当膝盖插入较软的仪表板的时候，作用在膝盖上的力会产生这种弯曲力矩 胫骨中间折断一般由于力直接作用在骨的中段造成。当小腿与仪表板底部过渡处结构撞击时，会产生这种伤害第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分33（二）乘员伤害机理6下肢伤害下肢伤害4）脚骨骨折对放脚空间的侵入往往会造成脚骨损伤如：制动踏板在碰撞中的运动会折断蹠骨，造成脚向脚面相反方向的运动，会导致在跗骨的颈部发生骨折第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定202
27、2年5月26日14时28分34（三）乘降和侵入速度对乘员伤害的影响1“乘降（Ride-down）”的概念在正面碰撞乘员保护中，乘降是一个重要的概念，它是指碰撞过程中乘员的一部分初始动能在汽车减速过程中被消耗乘降可以减小约束系统对乘员胸部的作用力，这对减轻乘员胸部、头部和颈部伤害都有利第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分35（三）乘降和侵入速度对乘员伤害的影响第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分36（三）乘降和侵入速度对乘
28、员伤害的影响例：第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定乘员胸部合成加速度最大值随着乘降效率的提高而降低汽车同样初速度条件下，将正面碰撞中车身减速度设计得小一些，汽车的压缩变形量就会大一些，就提高乘降效率，乘员胸部合成减速度就小，对乘员的伤害就小，乘员头部和颈部伤害通常也会减小正面碰撞US-NCAP2022年5月26日14时28分37（三）乘降和侵入速度对乘员伤害的影响2车门侵入速度对乘员伤害的影响以移动可变形壁障（Moving Deformable Barrier，MDB）从侧面撞击静止试验车为例。在碰撞中，将发生如下的动量交换 主要动量交
29、换发生在MDB与被撞车辆之间。随着MDB速度的减小，被撞车辆的刚体速度逐渐增加，直到它们相同为止 车门与MDB之间的动量交换。车门迅速获得与MDB相同的速度 侵入乘员舱的车门与静止的侧面碰撞假人（SID）接触时的动量交换。被快速侵入的车门撞击后，假人在侧向方向上迅速加速第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分38（三）乘降和侵入速度对乘员伤害的影响第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分39（一）（一）车身抗撞性设计要求1正面碰
30、撞正面碰撞1）确保乘员生存空间，减小乘员舱变形和对乘员舱的侵入包括仪表板或A柱后移量、转向盘后移量和上移量、脚踏板的后移量和上移量、放脚位置空间不裂开等一方面，可以防止发生对乘员的直接挤压伤害；另一方面，可以减轻二次碰撞中对乘员的伤害2）减小车身减速度。减速度越大，通过配合使用乘员约束系统减轻乘员伤害的难度越大；即使使用安全带、安全气囊等措施，仍会造成对乘员头部、颈部、胸部和腹部的严重伤害。因此前车身结构吸能功能尤为重要3）碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时2
31、8分40（一）（一）车身抗撞性设计要求2侧面碰撞侧面碰撞侧碰允许的变形量很小，而对乘员舱过大的侵入是造成乘员伤害的主要原因，抗侧面碰撞设计应当以减小乘员舱侵入、维持乘员生存空间为重点1）减小侧围结构对乘员舱的侵入量，防止侵入量过大时对乘员的挤压伤害2）减小侧围结构对乘员舱的侵入速度，特别是与乘员接触时车门的速度，减轻对乘员的撞击力3）碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开非碰撞侧的车门第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分41（一）（一）车身抗撞性设计要求3后面碰撞后面碰撞1）减小乘员舱变形。通常用
32、后排座位R点的前移量来衡量2）减小碰撞中车身的减速度，减轻乘员的鞭梢性伤害3）在碰撞中维持油箱的存放空间，减小对油箱、油路挤压油箱一般被布置在汽车的后部，如果碰撞中由于油箱、油路受到结构变形的挤压而引起燃油泄漏，将有引起火灾的可能第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分42（一）（一）车身抗撞性设计要求4滚翻滚翻1）减小乘员舱的变形量，特别是车顶的变形2）要求碰撞过程中车门不能打开。碰撞后可以不使用工具打开车门第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年
33、5月26日14时28分43（一）（一）车身抗撞性设计要求5低速碰撞低速碰撞主要避免汽车重要部件的损坏，减少因撞车带来的维修费用要求设置低速碰撞吸能区，使低速碰撞车辆的动能主要通过低速碰撞吸能区的变形被吸收，并尽量不使低速碰撞吸能区后部的车身主要结构发生永久变形第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分44（一）（一）车身抗撞性设计要求6行人保护行人保护撞行人时，汽车对行人的伤害一般包括一次碰撞时由保险杠、前散热器罩和发动机罩前端等产生的下肢伤害行人与发动机罩、挡风玻璃等二次碰撞时的头部伤害受撞击后的行人与路面三次
34、碰撞产生的伤害车身结构设计时应将相关部位的刚度设计得软一些，以缓冲对人体的撞击。这些部位通常包括前保险杠、前散热器罩、发动机罩前端、发动机面罩上表面、挡风玻璃等。在行人保护措施中，应防止车外凸出物对行人的伤害第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5月26日14时28分45（二）（二）法规中有关车身结构抗撞性的规定美国：采用残缺产品召回制定，在FMVSS法规仅对作为最终指标的乘员伤害等内容进行了规定，没有对车身结构抗撞性性进行详细规定ECE R33对正面碰撞中被撞汽车结构的性能进行了规定，适用于M1类车辆。（试验车以502km/h的
35、速度与刚性固定壁障进行100重叠率的正面碰撞） 碰撞后，通过座椅R点的横向平面与通过仪表板最后边投影线的横向平面间的距离不小于450mm（确定平面位置时不考虑按钮、开关等的影响）； 碰撞后，通过座椅R点的横向平面与通过制定踏板中心的横向平面间的距离不小于650mm； 放脚位置空间的左右隔板间的距离不小于250mm； 汽车地板与顶棚的距离减少量不超过10； 碰撞过程中车门被不能撞开； 碰撞后，侧门应能不使用工具被打开我国被动安全法规也仅对作为最终指标的乘员伤害等内容进行了规定，没有详细规定车身结构的碰撞性能第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规
36、定2022年5月26日14时28分46（三）（三）NCAP进行碰撞结果评价时对结构因素的考虑进行碰撞结果评价时对结构因素的考虑美国的NHTSA对NCAP的试验结果进行评价时，没有包括对结构因素的详细考虑欧洲和日本的NCAP 对正面碰撞结果评价时，都考虑了结构因素的影响，目的都是关心乘员生存空间的保持和碰撞后逃逸和救援的难易度： 仪表板的运动 转向盘的运动 放脚空间的变形 踏板的运动 车门开口的变形 碰撞中车门是否打开和碰撞后车门开启的难易 它们在对侧面碰撞结果进行评价时，对结构因素的考虑较少第二节 车身抗撞性设计要求一、乘员伤害的原因和伤害机理二、抗撞性设计要求和对结构抗撞性的规定2022年5
37、月26日14时28分47（一）车身抗撞性分析方法的发展（一）车身抗撞性分析方法的发展由于汽车结构复杂，在其碰撞变形过程中又存在大量的非线性，因此，汽车碰撞变形的过程是一个非常复杂的过程上世纪60年代末以前，汽车对障碍物的碰撞试验是评价汽车抗撞性唯一可用的方法缺点是研发周期长、成本高，并且无法在汽车重量和抗撞性方面使设计达到最优化上世纪60年代以后，大量应用汽车碰撞模拟技术通过数值模拟技术在车身结构设计中的应用，设计人员实现了对最终设计的更有效控制，减小了设计风险第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月2
38、6日14时28分48（二）碰撞模拟技术的发展（二）碰撞模拟技术的发展上世纪70年代初，美国通用汽车公司的Kamal等人就使用图66所示的凝聚参数模型（Lumped Parameter Model，LPM）研究汽车的抗撞性上世纪70年代中期，显式非线性有限元技术解决结构高速撞击问题现在，电脑计算能力提高，商业化软件功能增强、可靠性提高常用的显式非线性有限元软件DYNA3D（LS-DYNA3D和OASYS-DYNA3D）MSC/DYTRANESI/PAM-CRASH软件的核心都以美国Lawrence Livermore国家试验室在上个世纪70年代开发的DYNA公开版的理论为基础第三节 车身抗撞性分
39、析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分49(三三)碰撞模拟的应用碰撞模拟的应用碰撞模拟技术作为车身结构抗撞性分析的现代方法，对车身结构设计各阶段的工作都有帮助设计的不同阶段，分析工作的内容不同，建模思想也不相同，用于碰撞模拟的模型有时会有较大的差别碰撞模拟在车身结构设计中的应用分为三个阶段概念开发阶段结构设计阶段结构确认阶段第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分50(三三)碰撞模拟的应用碰撞模
40、拟的应用1在概念开发阶段的应用在概念开发阶段的应用对于全新设计，在设计初期进行抗撞性分析时，可知的设计要求是对汽车被动安全性的最终要求。此时的主要问题是如何将此要求转化为对车身结构设计的具体要求；可根据对标确定，也可通过分析的方法确定在通过分析方法确定对车身结构抗撞性设计的具体要求时，通常采用简化模型概念设计阶段车身结构的几何数据有限，建立简化模型所要求的信息也很少简化模型参数少、改动灵活、计算迅速，便于进行设计优化或对不同设计方案进行快速评估可用于此阶段的模型：凝聚参数模型、基于有限元理论的参数化模型和基于多体理论的参数化模型通过模型分析，可以进行结构刚度组织，即主要元件的布置及其刚度的匹配
41、；可以得出对主要元件刚度或吸能特性的具体要求，如对前纵梁轴向压缩的力变形特性的要求在概念设计阶段，对每个设计方案各主要性能的分析是同时进行的，此阶段的成果也是多种约束综合作用的结果第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分51(三三)碰撞模拟的应用碰撞模拟的应用2在结构设计阶段的应用在结构设计阶段的应用在此阶段，需要实现上一阶段提出的对主要元件特性的要求在此阶段结构分析的工作主要有两类对不同设计方案进行比较在分析原设计方案的基础上提出改进建议对设计方案进行评价是核心工作设计信息不断地被加
42、入到设计方案中，用于分析的模型也越来越详细。在设计过程的重要阶段，往往要通过真实试验对以前的工作进行确认第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分52(三三)碰撞模拟的应用碰撞模拟的应用3在结构确认阶段的应用在结构确认阶段的应用碰撞模拟在结构确认阶段的应用包括两个方面需通过真实试验对以前的工作进行确认，一般应先进行一轮的虚拟试验，结果令人满意时，再进行真实试验在整个车身结构设计完成一轮之后，需使用虚拟试验的方法对其进行评价，如果不满意，将在计算结果的基础上提出改进意见，然后，转入相应的设
43、计修改循环；如果满意就可以进行真实试验在结构确认阶段所进行的工作包括对所有车身结构性能的评价，这其中很重要一项就是对车身结构抗撞性的评价在计算条件允许的情况下，模型应当尽量详细第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分53（一）车身模型的建立（一）车身模型的建立1几何模型的简化和清理几何模型的简化和清理2零件有限元模型的建立3各零件有限元网格的装配各零件有限元网格的装配4各零件材料特性和厚度的给定各零件材料特性和厚度的给定5点焊联接的模拟点焊联接的模拟第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术
44、一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时28分54（二）其它部分模型的建立（二）其它部分模型的建立在整车仿真模型中，除了车身之外，还要建立其它部分的有限元模型动力总成、传动系统、转向系统、行走系统等这些系统不仅影响车辆的惯性，还将通过改变结构刚度和力的传递的方式影响碰撞模拟的计算结果1刚硬结构的模拟刚硬结构的模拟刚体（Rigid Body）用来模拟结构中不变形的部分需要指定刚体的惯性和质心。其材料模型一般选用“空材料（NULL MATERIAL）”模拟发动机、变速器和离合器2杆形结构的模拟杆形结构的模拟杆形结构，根据它们在碰撞
45、中的表现，采用不同的模拟方式发生严重塑性变形：用实体单元模拟没有发生塑性变形或塑性变形很微小：用梁单元模拟，设定其截面属性与原结构的刚性和惯性相当不变形：用一个或多个梁单元模拟，设定其截面属性与原结构的刚性和惯性相当第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分55（二）其它部分模型的建立（二）其它部分模型的建立3机构的模拟机构的模拟在传动系统、转向系统和行走系统中存在许多运动副，如果忽略这些运动副，将增大这些系统的刚度，从而影响整个系统的计算结果在有限元模型中这些运动副至少有一端为梁单元，
46、可通过松弛梁单元节点自由度的方式模拟各种无摩擦运动副4轮胎弹性的模拟轮胎弹性的模拟在车辆碰撞模拟中，轮胎弹性对碰撞结果的影响主要体现在对于车轮布置靠前的车辆，轮胎通过其弹性变形参与吸能过程，并影响前端结构的变形第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分56（二）其它部分模型的建立（二）其它部分模型的建立5惯性的调整惯性的调整车辆的刚度特性和惯性是影响其碰撞响应的两个重要属性，但是，由于在建立其有限元模型的时候，未建立对车辆刚度特性影响不大结构 如假人、座椅、内饰、备胎、油箱有必要对整车有
47、限元模型的惯性进行调整：1）改变材料的密度。改变材料厚度的办法是不可取的，因为这将同时改变结构的刚度特性2）增加集中质量（集中质量是被分配到相应的节点上）3）改变刚体的惯性属性4）增加配重，如可使用梁单元来模拟背门的惯性特性第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分57例例某微型客车底盘和整车的有限元模型节点65431个单元64825个体单元5114个壳单元59503个梁单元204个杆单元6个第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立
48、三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分58（三）模型验证（三）模型验证建立有限元模型之后，应当用试验数据对仿真结果进行模型检验，对于出现的问题，应当思考其产生的原因，并通过对模型的调整解决它们通过试验数据检验之后，模型才可以用于进一步的研究工作第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分59进行整车或部件的碰撞模拟的目的是评价其抗撞性通常对碰撞模拟计算结果进行的分析包括有能量分析力分析变形分析刚度分析应力分析减速度分析速度分析碰撞时序分析等每项分析的目的不同，方法也不同第三
49、节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分60（一）能量分析（一）能量分析碰撞中车辆是通过结构吸能来缓冲撞击的，了解碰撞中结构内能变化情况非常重要分析项目碰撞过程中汽车总内能和总动能的变化情况单个部件内能的变化情况各零件吸能多少的比较通过能量分析，可以知道车辆动能的去向，这将为汽车碰撞中的能量管理提供依据例：某轿车（总质量1300kg）的碰撞有限元模型和正面碰撞时前部主要结构吸能情况对比。碰撞模拟按照美国NCAP规定进行第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二
50、、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分61（二）力分析（二）力分析分析碰撞载荷在结构中的传递情况，找到载荷传递的主要路径和次要路径，并据此开展设计碰撞分析软件一般都提供结构截面内力和刚性墙反作用力计算结果的输出对于截面内力，只要定义了截面，就可以得到这个计算结果。但由于舍入误差带来的高频干扰，这些力时间历程的原始数据一般要经过滤波，滤波器的选取应当按照相应的标准进行第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分62（三）变形分析（三）变形分析碰撞过程中
51、对乘员舱的侵入是衡量车身结构抗撞性的主要内容，可通过取碰撞过程中基本不变形区上的一个点作为参考点，来进行各点的位移描述第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析iiiLLL评价微型客车正面抗撞性的变形量评价微型客车正面抗撞性的变形量 L1 仪表板后移量；通过座椅R点的横向平面和通过仪表板最后边投影线的横向距离的变化量 L2 转向盘上移量；转向盘中心点和参考点O的X方向距离 L3 转向盘后移量；转向盘中心点和参考点O的Z方向距离 L4 制动踏板后移量； L5、L6和L7 前门框变形2022年5月26日14时29分63（三
52、）变形分析（三）变形分析通过图片或图像可定性分析车身结构的变形情况。特别是，车身动态变形的试验数椐包含的信息量很大第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析微型客车正面碰撞开始后微型客车正面碰撞开始后20ms、60ms和和100ms时，车身变形计时，车身变形计算结果和试验结果的对比算结果和试验结果的对比2022年5月26日14时29分64（四）刚度特性分析（四）刚度特性分析合理组织车身结构各部位的刚度是结构抗撞性设计的重要内容。分析碰撞中车身各部分的刚度情况具有重要意义通常分析其受力与变形的关系曲线。得到碰撞过程中结构
53、截面内力的时间历程曲线和变形的时间历程曲线后，可绘出结构的刚度特性曲线 可将刚性墙划分为几部分，分别研究各刚性墙对应车身结构的刚度情况第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分65（五）减速度分析（五）减速度分析碰撞过程中车身的减速度也是评价其抗撞性的主要内容之一使用有限元软件（如ESI/PAM-CRASH）进行整车碰撞后，将相应的结果输出作为多体软件（如TNO/MADYMO）的输入，进行乘员及其约束系统的仿真时,车身减速度是前者为后者提供的主要数据之一模型检验时，车身减速度试验结果与计
54、算结果的对比也是一个重要内容提取车身减速度时，测点位置的选择要求测点是车身上基本不变形区上的点，并尽量减少碰撞过程中该点运动对测量结果的影响正面和后面碰撞中，通常在B柱下方靠近B柱的位置取测量点第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分66（五）减速度分析（五）减速度分析车身减速度时间历程的原始数据一般需要滤波，滤波器的选取应当按照相应的标准进行例：轿车正面碰撞模拟按照美国NCAP轿车后面碰撞模拟按照美国FMVSS301后面碰撞时，移动刚性壁障的速度被提高到了56km/h第三节 车身抗撞
55、性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分67（六）速度分析（六）速度分析速度分析也是经常分析的项目，如侧面碰撞中车门对乘员舱的侵入速度对于乘员伤害的情况就很重要一般碰撞分析软件都提供节点的速度时间历程侧碰中车门对乘员舱的侵入速度可以通过目标点与参考点速度时间历程曲线相减得到要求参考点是车身上基本不变形的点，如侧面碰撞中非撞击侧门槛梁上的节点第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分68（七）碰撞
56、时序分析（七）碰撞时序分析碰撞时序分析的内容是各零件在碰撞过程中参与碰撞变形或受力的时间顺序将这种分析与前面的分析内容结合起来，往往可以发现结构设计与碰撞结果的关联第三节 车身抗撞性分析方法和模拟技术一、抗撞性分析方法和模拟技术的发展二、整车碰撞模拟模型的建立三、碰撞模拟结果的分析2022年5月26日14时29分69（一）撞击缓冲（一）撞击缓冲在正碰和后碰中，为了减小车身的减速度，应将乘员舱前部和后部结构设计得软一些但是，乘员舱前、后部结构也不能设计得太软第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分70（二）安
57、全框架（二）安全框架为了提高框架结构抵抗载荷的能力，应当：提高接头结构的刚度，防止发生铰链效应；提高纵梁的轴向压缩刚度，以实现载荷的均匀分担；提横梁的弯曲刚度。为提高结构的效率，必须合理匹配结构构件的刚度第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分71（一）车身结构与抗撞性相关的特点对于承载式车身 存在许多薄壁梁形的结构 一般由薄板件经点焊联接后形成 截面有封闭的，也有不封闭的 薄壁梁形结构相交汇的部位称为接头，它的特性对车身结构的力学性能有较大的影响 车身结构中还存在大量的板壳结构，如车门内、发动机舱、行李舱
58、舱盖、顶盖、翼子板等 研究表明，车身结构的抗撞性主要是由薄壁梁形结构和接头组成的框架结构决定的，它们在碰撞过程中吸收大部分的碰撞动能，为乘员舱提供大部分的刚性第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分72（二）车身抗撞性设计的主要内容1车身结构刚度组织1）合理组织结构的吸能2）合理组织碰撞载荷的传递：减小乘员舱的变形或对乘员舱的侵入；为吸能结构提供牢固、稳定的支撑，保证吸能元件吸能能力的实现；使承载能力强的元件分担多的载荷，承载能力弱的元件分担少量的载荷；使尽可能多的结构元件参与载荷的传递，以提高材料的使用效
59、率第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分73（二）车身抗撞性设计的主要内容2车身结构刚性设计目的：减小乘员舱在各种碰撞形式中的变形，保证乘员的生存空间主要工作：车身结构刚度组织设计完成后，进行主要梁形结构和接头结构的设计，在满足重量约束的条件下，达到刚度组织中对部件刚度特性提出的要求，并进而使乘员舱的刚度满足要求第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分74（二）车身抗撞性设计的主要内容3车身结构吸能设计在正面和后面碰撞
60、中，允许通过车身前部或后部结构的变形缓冲撞击，并减小碰撞过程中车身的减速度如何在车身前部或后部结构允许变形区有限的情况下很好的完成这一任务，就是车身结构吸能设计要完成的工作第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分75（一）正面碰撞（一）正面碰撞1车身前部结构刚度设计车身前部结构刚度设计（1）吸能的组织）吸能的组织第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑前部主要吸能结构的吸能对比前部主要结构截面力的对比 乘员舱前部的纵梁（包括前端低速碰撞吸能的部分和后端
61、与乘员舱的过渡部分）是主要的吸能元件，在碰撞过程中由它向后传递的碰撞力也最大 在进行吸能组织时，应充分发挥主要吸能元件的作用，使它们吸收多数的碰撞动能2022年5月26日14时29分76（一）正面碰撞（一）正面碰撞1车身前部结构刚度设计车身前部结构刚度设计（2）吸能的管理）吸能的管理1）正面碰撞车身减速度脉冲的波形）正面碰撞车身减速度脉冲的波形汽车前部碰撞吸能区有限，其利用效率非常重要，而这个效率决定于碰撞中车身减速度波形的效率也可由载荷-变形曲线关系定义结构吸能的效率第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑0AAA为车身前部减速度与其变
62、形曲线为车身前部减速度与其变形曲线所围区域的面积；所围区域的面积；A0为一个方波为一个方波或矩形脉冲的减速度变形曲线或矩形脉冲的减速度变形曲线（图中虚线）所围区域的面积（图中虚线）所围区域的面积2022年5月26日14时29分77（一）正面碰撞（一）正面碰撞1车身前部结构刚度设计车身前部结构刚度设计（2）吸能的管理）吸能的管理1）正面碰撞车身前部减速度的波形）正面碰撞车身前部减速度的波形方波的减速度效率是100，是正面碰撞车身前部减速度的理想波形在对后部结构最大作用力一定的情况下，同样变形时吸收的动能最多在吸能相同的情况下，这样可以减小对后部结构的最大作用力和车身减速度波形的最大值在现实中，通
63、过结构设计使正面碰撞中减速度波形是矩形通常是不可能的，但是，可以通过对前部结构吸能特性的管理实现对前部结构压缩变形量的有效利用第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分78（一）正面碰撞（一）正面碰撞1车身前部结构刚度设计车身前部结构刚度设计（2）吸能的管理）吸能的管理2）吸能模式与对薄壁梁变形模式的要求）吸能模式与对薄壁梁变形模式的要求在正面碰撞中，前部结构变形是一种轴向压溃和弯曲的混合模式弯曲变形需要的外部做功少，结构变形倾向于以弯曲为主但弯曲是一种吸能效率较低的变形模式，对于作为乘员舱前部主要吸能元件的
64、纵梁，应尽可能使其变形模式为吸能效率较高的轴向压溃，防止出现吸能效率较低的弯曲变形模式由于车身底架纵梁通常是薄壁梁形焊接结构，对这类结构变形模式的控制具有较一般化的意义第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分79（一）正面碰撞（一）正面碰撞1车身前部结构刚度设计车身前部结构刚度设计（2）吸能的管理）吸能的管理3）碰撞吸能区）碰撞吸能区将车身前部结构划分为三个区 低速碰撞和行人保护区 相容吸能区 在此布置主要吸能结构 FF形式，发动机舱中的动力总成（发动机、离合器、变速箱、主减速器和差速器）支撑在副车架上 动
65、力总成质量大、刚度大，受到撞击后基本不变形。正碰中，若该总成受撞击后，会随着支撑的变形向后运动，直接撞击前围板。前围板的刚性一般较小，其变形会造成对乘员舱的侵入，严重时会挤伤乘员。因此，相容吸能区通常布置在这些刚硬的结构之前 乘员舱保护区 是吸能结构与乘员舱之间的结构。通常，这部分结构在前围板和前地板处伸到乘员舱之下第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分80（一）正面碰撞（一）正面碰撞2乘员舱的刚性设计乘员舱的刚性设计（1）载荷路径分析与设计）载荷路径分析与设计正碰，设计碰撞传递路径时应考虑： 纵向的梁形
66、结构是乘员舱前部结构中的主要吸能部件； 纵向压缩刚度大的结构，在吸收相同碰撞动能情况下，对后部支撑结构的作用力也大； 若乘员舱某个部位可承受较大的纵向力，则可在其前端布置纵向压缩刚度较大的吸能结构或引导纵向压缩力由此向后传递； 纵向力向后传递时，应尽量通过多个结构对其进行分流 增强对前部传递来的纵向力的支撑能力 减弱对各分支结构刚性的要求 保证吸能结构正常发挥作用，防止出现弯曲变形第四节 结构抗撞性设计一、基本原理二、主要内容三、刚度组织与设计四、吸能设计五、材料和工艺的考虑2022年5月26日14时29分81（一）正面碰撞（一）正面碰撞2乘员舱的刚性设计乘员舱的刚性设计（1）载荷路径分析与设计）载荷路径分析与设计通常，乘员舱用于向后传递纵向力的主要路径有两条 经前纵梁、乘员舱底部纵梁和门槛梁向后传递 这条路径承受纵向力的能力最大，通常在其前端布置主要的吸能部件，如前纵梁，甚至前面的吸能梁 当前部结构变形较大时，前轮参与碰撞，纵向力经前轮、铰链柱下部结构和门槛梁向后传递，可以防止前部结构继续变形而使动力传动总成撞向乘员舱 经枪形梁（shotgun）和铰链柱后，分散给A柱、车门及其抗侧撞
