汽車(chē)安全性研究
1.1汽車(chē)被動(dòng)安全性研究的意義與現狀
1.1.1研究的意義
     近年來(lái)我國的汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展，汽車(chē)保有量迅速增加，這同時(shí)也導致了與汽車(chē)相關(guān)的各種事故的迅猛增長(cháng)。根據國家安全生產(chǎn)局發(fā)布的全國安全生產(chǎn)形勢通報，2002年全國共發(fā)生各類(lèi)安全事故107. 3萬(wàn)起，死亡13. 9萬(wàn)人。其中，道路交通事故77. 3萬(wàn)起，占全部的72%，死亡10. 9萬(wàn)人，占全部的78% , 56. 2萬(wàn)人受傷，直接經(jīng)濟損失33. 2億元。2003年我國一共發(fā)生交通事故607507起，總傷亡人數為598546人，其中側面碰撞占32％ ，因側面碰撞而造成的人員傷亡占31.1％。2006年，全國共發(fā)生道路交通事故378781起，造成89455人死亡、431139人受傷，直接財產(chǎn)損失14.9億元。與2005年相比，事故450254起，死亡人數98783人，受傷人數469911人，直接財產(chǎn)損失18.9億元。汽車(chē)交通安全已經(jīng)成為公共安全問(wèn)題中舉足輕重的部分。從世界范圍來(lái)看，我國汽車(chē)保有量只占全世界的1.9%，但我國交通事故死亡人數卻占全世界的15%左右?？梢?jiàn)汽車(chē)安全性研究在我國的重要性。大量交通事故的發(fā)生，無(wú)數生命的代價(jià)換來(lái)民眾、生產(chǎn)廠(chǎng)商和政府部門(mén)對汽車(chē)安全性的重視并開(kāi)始采取各種措施來(lái)減少人員及車(chē)輛的損失。通過(guò)提高汽車(chē)安全性能，達到事故無(wú)法避免時(shí)“車(chē)毀人不亡，車(chē)損人不傷”。^[1]
汽車(chē)被動(dòng)安全性是汽車(chē)最為重要的一項整車(chē)性能指標，人們一直致力于汽車(chē)安全性的研究和安全技術(shù)的開(kāi)發(fā)。汽車(chē)工業(yè)發(fā)達的國家如美國、日本，隨著(zhù)汽車(chē)安全性研究的深入和安全法規的貫徹，雖然汽車(chē)保有量在增加，但交通事故的死亡率大大降低，成效十分顯著(zhù)。這證明了先進(jìn)的安全技術(shù)可以降低交通事故的發(fā)生率及減少財產(chǎn)的損失。我國目前已進(jìn)入交通事故多發(fā)期，而且汽車(chē)安全水平落后，這已經(jīng)成為阻礙我國交通運輸業(yè)和汽車(chē)工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素之一，因此開(kāi)展汽車(chē)被動(dòng)安全性研究是十分必要和緊迫的。為了促進(jìn)這一領(lǐng)域的研究工作，中國汽車(chē)被動(dòng)安全技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )于1995年9月成立，標志著(zhù)我國汽車(chē)被動(dòng)安全性研究工作走上系統化和正規化的發(fā)展道路。而2000年1月1日，CMVDR 294《關(guān)于正面碰撞乘員保護的設計規則》的實(shí)施則標志著(zhù)我國的碰撞法規正逐漸與國際接軌。
1.1.2研究現狀
目前，國內外有關(guān)汽車(chē)被動(dòng)安全性的研究主要圍繞汽車(chē)抗撞性和乘員約束系統兩方面開(kāi)展，具體表現為以下幾點(diǎn)：
1.1.2.1車(chē)身結構抗撞性
車(chē)身結構抗撞性研究提高汽車(chē)安全性，是汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)最重要的研究課題之一。車(chē)身是安裝懸掛部件的基礎，其堅固可靠可為行車(chē)安全提供必要的條件。在實(shí)際的新車(chē)開(kāi)發(fā)中，應以此為目標，努力實(shí)現車(chē)身結構高強度化。然而，車(chē)身能夠直接發(fā)揮的最大作用還是提高整車(chē)的安全性。為此車(chē)身應有如下功能：
（1）為了盡量緩解乘員受到的沖擊，必須盡可能緩和吸收車(chē)輛和乘員的運動(dòng)能量。
（2）在確保乘員的有效生存空間的同時(shí)，還必須保證碰撞后乘員易于逃脫和容易進(jìn)行車(chē)外救護。
電子計算機的出現使得人們采用數學(xué)模擬方法來(lái)研究車(chē)身結構的抗撞性成為可能。隨著(zhù) Cray 等巨型計算機的出現，基于顯式積分的有限元方法在 80 年代初有了很大的發(fā)展，使人們可以對大型結構進(jìn)行動(dòng)態(tài)有限元分析，車(chē)身結構的抗撞性研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期。從工程角度出發(fā)，在概念設計階段，可在用彈簧質(zhì)量模型進(jìn)行分析，而在產(chǎn)品設計的最后階段，則以采用整車(chē)有限元模型進(jìn)行定量分析。
1.1.2.2安全帶和安全氣囊的研究
汽車(chē)座椅安全帶是重要的乘員保護約束系統之一，在減輕碰撞事故中乘員傷害程度方面起著(zhù)重要作用。汽車(chē)上使用的安全帶按固定方式分為兩點(diǎn)式、斜掛式、三點(diǎn)式和四點(diǎn)式4種，一般是由織帶、安裝固定件、卷收器和調節件等部件組成。安全帶在交通事故中，對駕駛員和乘員有著(zhù)重要的保護作用，特別是在高速公路上行車(chē)時(shí)，其作用更加明顯。研究表明，使用安全帶能夠減少乘員在碰撞事故中50％的死亡率。
安全氣囊的研究起步于20世紀80年代后期，90年代開(kāi)始得到迅速發(fā)展。安全氣囊與安全帶的配合使用大大降低了碰撞中乘員受傷的危險。傳統安全氣囊的設計是在發(fā)生正面撞車(chē)事故時(shí)避免車(chē)內乘員的頭部、頸部和胸部強烈撞擊在儀表盤(pán)、方向盤(pán)或擋風(fēng)玻璃上。在后面碰撞、翻車(chē)或大多數側面碰撞的情況下，它不會(huì )被引發(fā)而打開(kāi)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，安全氣囊的保護范圍將進(jìn)一步擴大，從現在的前排乘員前方保護擴展到前排乘員的側面、膝部和后排乘員的前方與側面以及車(chē)外行人。側面安全氣囊、發(fā)動(dòng)機罩寬幅氣囊、車(chē)外氣囊等產(chǎn)品不斷推出。同時(shí)，安全氣囊已出現智能化，能識別乘員席有無(wú)乘員、有無(wú)逆向兒童座椅以及乘員身材大小、重量、坐姿、是否系戴安全帶等，并根據上述信息調整動(dòng)作，以求最大限度地減少失誤和保護乘員^[2]。
 
1.2汽車(chē)側面碰撞研究的意義和內容
1.2.1汽車(chē)側面碰撞研究的意義
近十年的交通事故統計表明，側面碰撞引起的交通事故均高于正面碰撞，側面碰撞的致死率僅次于正面碰撞，而致傷率則居第一位。據有關(guān)資料統計表明，國外交通事故死亡人數中，因正面碰撞而導致死亡的接近70%，因側面碰撞而導致死亡的接近30%，而在我國由于交通法規執行情況及道路使用狀況的特殊性，由側面碰撞而導致死亡的比例高于國外；數據表明，我國1998年汽車(chē)側面碰撞事故的發(fā)生率占整個(gè)交通事故的31.56%，嚴重受傷人數占30.15%，都僅次于正面碰撞事故。同時(shí)考慮碰撞造成的乘員傷害及財產(chǎn)損失時(shí)，側面碰撞達到了一個(gè)相對較高的水平,其所造成的巨大經(jīng)濟損失和給上千萬(wàn)個(gè)家庭帶來(lái)的災難及殘疾人口增長(cháng)引發(fā)的社會(huì )問(wèn)題是非常嚴重的。在這種形勢下，改善汽車(chē)安全性，降低乘員和行人的傷亡率以及減少交通事故所造成的經(jīng)濟損失的重要性顯得尤為重要。
汽車(chē)側面是車(chē)體中強度較薄弱的部位，尤其是對于轎車(chē)而言，其側面強度更為薄弱； 同時(shí)車(chē)內乘員同強烈貫穿的撞擊物之間僅隔著(zhù)車(chē)門(mén)和20-30cm的空間，這意味著(zhù)一旦受到來(lái)自側面的撞擊，不可能有像汽車(chē)的前部及后部那樣，有足夠空間發(fā)生結構變形及吸收碰撞能量，轎車(chē)側面的可變形空間小,很有可能在撞擊過(guò)程中，乘員受到擠壓，同時(shí)左側的乘員頭部也有可能與車(chē)身發(fā)生碰撞，造成昏迷狀態(tài)，使得不能自救，這就是側面碰撞對乘員的傷害較其他類(lèi)型的碰撞要嚴重的原因。在斜坡上或在轉彎時(shí)發(fā)生的側面碰撞，還有可能引起被撞汽車(chē)翻傾，可能導致車(chē)門(mén)框變形使車(chē)門(mén)不能開(kāi)啟，影響乘員離開(kāi)危險地帶及對乘員的救援。因此與正面、后部碰撞相比，側面碰撞對乘員可能造成的傷害更大。因此開(kāi)展側面碰撞安全性研究已成為汽車(chē)被動(dòng)安全領(lǐng)域研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。
 
1.2.2汽車(chē)側面碰撞研究的內容
國外對于側碰的研究則是從上個(gè)世紀八十年代才開(kāi)始真正興起，主要集中于以下幾個(gè)方面:側面碰撞試驗臺的研究，計算機模擬側碰的研究，側碰中乘員響應及傷害指標的研究，側碰假人的研究及側面碰撞試驗法規的研究等。
(一)側面碰撞試驗臺的研究
    側面碰撞試驗臺經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展與完善的過(guò)程，大致分為兩種類(lèi)型:第一類(lèi)只有一個(gè)臺車(chē)的試驗臺，Heidelberg^[3]型是其中比較典型的一個(gè)，原理是假人置于座椅上，座椅固定于能水平側向移動(dòng)的滑車(chē)，初始狀態(tài)為假人與滑車(chē)一起加速至碰撞速度，然后滑車(chē)在短時(shí)間內速度減到零，慣性作用下假人在座椅上作側向移動(dòng)，與固定在座椅上的側壁障發(fā)生碰撞。此類(lèi)型的試驗臺其實(shí)更適合于模擬二次碰撞對乘員的傷害，對于側面碰撞而言車(chē)門(mén)、B柱等發(fā)生側向變形和位移直接與乘員接觸造成乘員的傷害，因而它不能很好地模擬側面碰撞中車(chē)門(mén)與乘員之間相互作用以及能量的轉移，對于研究車(chē)門(mén)內飾和緩沖材料還比較合適。^[4]
    第二類(lèi)試驗臺，即兩個(gè)臺車(chē)的試驗臺，其中L.M.Morrie.Shaw設計的試驗臺能夠較好的重現側面碰撞，基本原理是一運動(dòng)的撞擊滑車(chē)撞向一靜止的目標滑車(chē)，座椅及假人固定在目標滑車(chē)上，連接側門(mén)與目標滑車(chē)的吸能器用來(lái)模擬側面碰撞中能量的轉移；另一種Douglas .Stein^[5]設計的試驗臺能比較準確的模擬真實(shí)碰撞中車(chē)門(mén)、座椅與假人之間的位置關(guān)系(這對于研究側撞氣囊的安裝和打開(kāi)至關(guān)重要)。第二類(lèi)試驗臺能很好的模擬了真實(shí)的側撞情形，對于研究側面碰撞乘員約束系統配置尤其是側撞氣囊的安裝有重要的指導意義。
(二)側面碰撞虛擬試驗技術(shù)的研究
    隨著(zhù)計算機技術(shù)和計算方法的飛速發(fā)展，計算機模擬在汽車(chē)碰撞安全性的研究中得到廣泛應用。顯式有限元方法的成熟標志著(zhù)汽車(chē)碰撞安全性研究進(jìn)入了試驗和理論研究并重的階段。由于有限元技術(shù)本身的特點(diǎn)，它能夠很好地處理異常復雜的結構和邊界條件，而且其適用面廣、精度高，因此，該方法一出現就顯示其強大的生命力。各種用于碰撞仿真分析的商用軟件如LS-DYNA,PAM-CRASH,MSC/DYTRAN, NASTRAN, RADIOSS, MADYMO等相繼問(wèn)世^[6]，這些軟件不僅可以在汽車(chē)碰撞的有限元仿真中處理結構的大變形問(wèn)題，而且對碰撞過(guò)程中乘員的仿真分析也有相應的處理方法。
    國外從事側面碰撞計算機模擬研究的工作重點(diǎn)放在了各種數值模型的建立以及乘員響應的研究方面。David J. Segal等人采用集中質(zhì)量模型與CAL-3D軟件建立了15個(gè)剛體的多體模型，研究了側碰中不同類(lèi)型的緩沖材料對身材不同尺寸乘員的傷害程度，認為緩沖材料對乘員損傷的影響較大，而且對于小身材乘員的影響更大。
(三)側面碰撞中乘員響應及傷害指標的研究   
乘員響應的研究主要集中在頭部、頸部、胸部、腹部及骨盆等在側碰中最易受傷的人體部位，這些是進(jìn)行乘員保護研究的基礎，以對于乘員約束系統如側撞氣囊的研究，車(chē)體側圍結構的設計如車(chē)門(mén)剛度、內飾板材料特性、座椅尺寸及形狀等都有指導意義。^[7]
    在研究乘員損傷的各種評價(jià)指標方面，美國韋恩州立大學(xué)的J.Cavanaugh等人做了大量工作，他們在一系列人體死尸試驗基礎上研究乘員損傷機理及承受極限，并運用工程軟件MADYMO及PAM-CRASH建立相應數值模型，進(jìn)行評價(jià)指標的研究，以探討側碰中乘員的保護。
1.3計算機仿真技術(shù)在側面碰撞中的國內外應用狀況
近幾十年來(lái)，計算機仿真碰撞技術(shù)迅速發(fā)展，在安全性車(chē)身的開(kāi)發(fā)、乘員保護措施的優(yōu)化、人體生物力學(xué)、碰撞用假人的開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域中發(fā)揮了重大作用。盡管計算機模擬試驗還不能完全取代昂貴的實(shí)車(chē)碰撞試驗，但是在產(chǎn)品的概念設計階段、樣車(chē)的試制、試驗次數的減少、開(kāi)發(fā)費用及周期的降低等方面有明顯的優(yōu)勢，而且可重復性強、結果信息全面。同時(shí)計算機模擬研究的適用面廣、精度高，可以處理很多異常復雜的結構變形等問(wèn)題，還可以設定模型的邊界條件和其它特定條件等，因此顯示出強大的生命力。
隨著(zhù)牛頓矢量力學(xué)、拉格朗日分析力學(xué)、多剛(柔)體系統動(dòng)力學(xué)、生物力學(xué)、碰撞理論、材料理論、有限元理論、數值方法以及計算機技術(shù)水平的不斷提高，汽車(chē)碰撞計算機模擬理論和方法得到了不斷發(fā)展和完善，涌現出各種用于碰撞仿真分析的商用軟件，如MADYMO、LS-DYNA、PAM-CRASH、MSC/DYTRAN等，其中采用多剛體系統動(dòng)力學(xué)理論建模的軟件可以模擬碰撞事故中乘員與環(huán)境的相互作用，能很好地再現事故過(guò)程，而采用顯式有限元理論建模的軟件可以用來(lái)描述車(chē)身結構的抗撞性，處理很多異常復雜的結構大變形問(wèn)題。這些軟件的模擬結果能與實(shí)車(chē)碰撞結果大致吻合，尤其是對于車(chē)身結構的改進(jìn)，可以使用這些軟件和算法在短時(shí)間內對多種方案作出比較，得到滿(mǎn)意的改進(jìn)方案。
國內外相關(guān)研究表明，對汽車(chē)碰撞過(guò)程進(jìn)行計算機模擬，不僅能較準確的預測碰撞過(guò)程中乘員的響應與傷害程度，同時(shí)還能預測汽車(chē)結構本身的耐碰撞性能，評價(jià)汽車(chē)耐撞結構的好壞，并進(jìn)行相應的改進(jìn)，從而可以經(jīng)濟快速的評價(jià)多種設計方案，淘汰不合理的設計，使技術(shù)人員在車(chē)輛開(kāi)發(fā)早期進(jìn)程就能有效預測其被動(dòng)安全性能，加快新車(chē)型開(kāi)發(fā)速度。同時(shí)還可以省去不必要的試錯過(guò)程，將碰撞試驗的費用減少到最低。
 
1.3.1國外狀況
國外對整車(chē)碰撞的計算機模擬研究始于上世紀六十年代，但一直受限于計算機硬件技術(shù)和算法理論的發(fā)展，真正的突破始于1986年LS-DYNA首次成功地模擬了整車(chē)大變形，從此之后，基于動(dòng)態(tài)顯式非線(xiàn)性有限元技術(shù)的計算機仿真方法在國外開(kāi)始得到廣泛使用。  
在有關(guān)側面碰撞的計算機模擬研究中，國外從事汽車(chē)安全研究的技術(shù)人員已做了大量的工作，其工作重點(diǎn)放在汽車(chē)結構本身的耐碰撞性能研究和乘員的響應研究方面。Seyer等人^[8]通過(guò)研究不同的MDB與汽車(chē)的側面碰撞，以及汽車(chē)與汽車(chē)之間的側面碰撞，得出了以下幾個(gè)結論：①汽車(chē)或者M(jìn)DB的剛度大小決定了碰撞載荷的起始時(shí)刻；②剛度越大，載荷作用在汽車(chē)和假人身上的時(shí)刻越早。
Mangala M.Jayasuriya應用計算機仿真技術(shù)，立足于移動(dòng)變形壁障(MDB)與汽車(chē)碰撞時(shí)刻之間的相互作用力，研究了IIHS MDB，EuroNCAP MDB,LINCAP MDB對2車(chē)門(mén)轎車(chē)側面性能的影響，得出下面的結論：LINCAP MDB產(chǎn)生的相互作用力是最大的，并且汽車(chē)車(chē)身后部侵入量最大； IIHS MDB對車(chē)門(mén)腰部的侵入量最大。^[9]
乘員響應的研究主要涉及頭部、頸部、胸部、腹部及骨盆等部位損傷機理的研究。因為這些部位不僅是人體最重要的部位，也是碰撞中容易受損傷的部位。這些研究是進(jìn)行乘員保護研究的基礎，對車(chē)輛的設計參數(如車(chē)門(mén)的剛度、內飾板的材料特性、座椅的形狀與尺寸等)、乘員約束系統(如側碰氣囊)等的研究都有指導作用。
David J .Sega111^[10]采用集中質(zhì)量模型和CAL-3D軟件所建的包括15個(gè)剛體，并由14個(gè)鉸鏈聯(lián)接的多剛體模型，研究了在側碰中不同類(lèi)型的緩沖材料與各種不同尺寸的乘員間搭配的損傷程度，其認為:緩沖材料對乘員損傷的影響較大，且對小尺寸乘員比對大尺寸乘員的影響程度更大。
美國韋恩州立大學(xué)的J.Cavanaugh等人基于一系列人體死尸試驗的基礎上，進(jìn)行了大量的研究工作^{[11. 12. 13. 14. 15. 16]}。內容涉及緩沖材料的性能對乘員的保護作用;側面碰撞下乘員損傷的各種評價(jià)指標的研究；利用工程軟件如MADYMO及PAM-CRASH建立相應的數值模型，并進(jìn)行相關(guān)的參數研究，以探討側面碰撞時(shí)乘員的保護。
T Zeguer^[17]運用有限元軟件LS-DYNA進(jìn)行了側碰氣囊的開(kāi)發(fā)，此種方法已被JAGUAR汽車(chē)公司用于實(shí)際的側面氣囊的研發(fā)中。側面碰撞下，對緩沖材料的研究也是工作的重點(diǎn)之一。Michael W .Monk^[18]等人對用于側面碰撞的緩沖材料的一般特性進(jìn)行了研究，從減小乘員損傷這個(gè)角度定性地分析了材料所須具備的特性。Hung-Hsu Chen^[19]等人利用集中質(zhì)量法建立了材料與乘員腳部的集中質(zhì)量模型，并用此模型初步探討了材料的特性對胸部損傷的影響。
還有一部分工作放在對人體替代物的研究之上。目前，在試驗中被廣泛采用的是EuroSID、 BioSID、 USSIDDG三種側碰假人。Adrian Khan^[20]用有限元軟件RADIOSS建立了BioSID側碰假人的完整的有限元模型，描述了建立此種模型的步驟及建模過(guò)程中應該注意的一些問(wèn)題。Chinmoy Pal^[21]等人也運用RADIOSS軟件建立了EuroSID側碰假人的有限元模型，主要介紹了假人各個(gè)部位的標定即確定其形狀、材料等特征的過(guò)程。Emmanuel Lizee等人^[22]收集了大量第50百分位成年男性的身體數據，并在一些試驗數據的基礎上，建立了相應的人體有限元數值模型。
1.3.2國內狀況
 我國已經(jīng)開(kāi)展了側面碰撞的計算機仿真研究。國內現已出現了關(guān)于側面碰撞計算機仿真的文獻。
侯飛等人^[23][24]研究了3種側門(mén)防撞桿結構對某車(chē)型的FMVSS214性能的影響,并提出了相應的側門(mén)防撞桿優(yōu)化設計方案。吳毅等人針對國內某SUV車(chē)型，同樣對側門(mén)防撞桿進(jìn)行了優(yōu)化^[25]。
游國忠等^[26]人模擬分析了車(chē)門(mén)結構的側面抗撞性能，得出結論：車(chē)門(mén)防撞桿截面形狀和材料特性將會(huì )對車(chē)門(mén)結構產(chǎn)生剛度的影響；車(chē)門(mén)內增設吸能泡沫能夠吸收側面撞擊時(shí)很大的能量；車(chē)門(mén)內飾件材料和形狀直接影響側面碰撞中能量的吸收，材料的彈性模量越大，吸能效果越好。在文獻[27]中，作者對B柱進(jìn)行了結構的優(yōu)化，其提出了B柱的有限元模型邊界約束條件的確定必須以整車(chē)仿真數據為基礎;優(yōu)化中正確地設定對B柱有較大影響的邊界條件是非常重要的環(huán)節。
陳曉東等按照ECER95法規對移動(dòng)變形壁障性能的要求及驗證試驗的方法,建立了移動(dòng)變形壁障的有限元模型，并對移動(dòng)變形壁障模型的可靠性進(jìn)行了驗證，并且按照ECER95,對某國產(chǎn)轎車(chē)進(jìn)行了汽車(chē)側面碰撞計算機模擬仿真，得到了與試驗結果基本一致的仿真結果^[28][29]。
李發(fā)宗等人^[30]分析汽車(chē)側面碰撞仿真過(guò)程參數設置對計算結果的影響，簡(jiǎn)單的介紹了Belytschko-Tsay(BT)單元與S/R co-rotational Hughes-Liu(S/R HL)單元兩者之間的差別，BＴ單元的計算效率高，但是其不能有效的控制　沙漏變形以及單元的過(guò)度翹曲；S/R HL單元計算速度比BT單元慢8.84，但是該單元能夠較好的控制沙漏變形以及翹曲情況。在沙漏方面，提出了采用粘性沙漏控制方法。關(guān)于這兩個(gè)方面，作者僅從理論上作了分析和對比，并沒(méi)有通過(guò)實(shí)際的分析來(lái)驗證。
高衛民、王宏雁，徐敦舸等對于車(chē)身焊點(diǎn)提出了碰撞模擬中常用的模擬方法，提出在碰撞模擬中必須考慮焊點(diǎn)斷裂特性，否則將大大降低碰撞模擬的精度^[31]。薛量等人探討了各種連接方式的不同約束條件和失效準則。分析了連接失效對載荷――位移曲線(xiàn)和碰撞吸能特性的影響，結果表明焊點(diǎn)的強度對薄壁梁結構的折曲模式有很大的影響，其吸能性能隨焊點(diǎn)的失效而降低^[32]。
張君媛、張敏等人針對某轎車(chē)建立了基于多剛體理論的側面碰撞乘員約束系統動(dòng)態(tài)仿真模型，并依據試驗結果進(jìn)行了模型的有效性驗證。通過(guò)對乘員側面碰撞傷害指標的分析，提出了包含乘員多輸出目標值的綜合傷害評估值。
向晉乾等人以汽車(chē)側面碰撞下的乘員骨盆響應為研究對象，以多剛體系統動(dòng)力學(xué)為基礎，建立了用于模擬側面碰撞的多體數值仿真模型，分析側面碰撞時(shí)緩沖材料特性參數和乘員與車(chē)門(mén)側面碰撞參數對乘員骨盆響應的影響 ^[33]。
   綜上所述，在側面碰撞分析研究方面前人已作了大量的研究工作，為后人鋪平了道路，但是：（1）側面碰撞計算機仿真的基礎性研究的工作還是不夠，在關(guān)鍵參數設定，如單元類(lèi)型和密度、沙漏控制等方面很少有可借鑒的資源；（2）移動(dòng)變形壁障是側面碰撞仿真中不可缺少的工具模型，國內現在對關(guān)于它的開(kāi)發(fā)和參數驗證的文獻很少，還沒(méi)有形成一套行之有效的處理方法或處理原則；（3）對Euro-SID II 假人的驗證和修改的文獻很少，特別是關(guān)于全方位的改進(jìn)假人的文獻。本論文針對其中的一些問(wèn)題，對側面碰撞計算機仿真技術(shù)在汽車(chē)的安全性方面的應用做更進(jìn)一步的研究，為計算機仿真技術(shù)在我國安全性設計方面的更好的應用做出努力。
1.4本課題研究背景和研究?jì)热?br /> 汽車(chē)安全性的研究成為汽車(chē)領(lǐng)域一項主要的研究?jì)热?實(shí)車(chē)的碰撞試驗，需要耗費大量的資金、人力、物力，數據采集困難、破壞性大，因此，汽車(chē)碰撞的研究也就受到了很大的限制。在這種情況下就應運而生了用計算機模擬的研究方法，其優(yōu)點(diǎn)在于:不必等新產(chǎn)品制造出來(lái)，在其初期的設計階段就可以對產(chǎn)品的安全性做出初步的評價(jià)，可盡早的發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題，因此極大的降低了開(kāi)發(fā)的費用和縮短了開(kāi)發(fā)的周期；采用模擬計算方法可根據實(shí)車(chē)結構作多方案修改，存儲信息量大，而且還可將汽車(chē)沿任意斷面剖開(kāi)，觀(guān)察關(guān)鍵零件的變形情況。
LS-DYNA3D是一個(gè)以顯式為主，隱式為輔的通用非線(xiàn)性動(dòng)力分析有限元程序，可以求解各種二維、三維非線(xiàn)性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線(xiàn)性問(wèn)題。用這個(gè)軟件包LS-DYNA建立的殼單元、實(shí)體單元可以構造出完整的汽車(chē)模型，也可以選用金屬、玻璃、塑料、橡膠等各種材料來(lái)構造汽車(chē)模型。程序的Automatic-Single-Surface接觸功能可以保證汽車(chē)全部構件內外表面與假人、氣囊、安全帶之間，以及外部障礙物表面相互接觸時(shí)不穿透，可以相對滑動(dòng)，考慮摩擦，實(shí)現汽車(chē)高速碰撞時(shí)全過(guò)程的數值模擬和有關(guān)數據的輸出。該軟件包的眾多優(yōu)點(diǎn)為本課題的順利完成提供了十分有利的條件。
本課題的主要目的是對微型轎車(chē)側面碰撞計算仿真應用技術(shù)進(jìn)行研究，深入其中的一個(gè)環(huán)節或細節，力求掌握其中關(guān)鍵技術(shù)，得到微型轎車(chē)側面碰撞的計算機仿真的結果，并對仿真結果進(jìn)行客觀(guān)評價(jià)分析。研究的內容歸納為以下幾個(gè)方面：
①對汽車(chē)側面碰撞計算機仿真相關(guān)理論進(jìn)行深入、系統的學(xué)習，深入領(lǐng)會(huì )其中具有代表意義的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)有限元法、有限單元類(lèi)型、單元算法等理論。
②對微型轎車(chē)側面碰撞計算的有效性進(jìn)行基礎性研究，重點(diǎn)探討單元類(lèi)型、單元尺寸以及積分點(diǎn)的選取，分析不同沙漏控制對計算精度的影響關(guān)系。
③按照法規對移動(dòng)變形壁障性能的要求建立了移動(dòng)變形避障模型。
④建立了某微型轎車(chē)的整車(chē)模型，對汽車(chē)側面碰撞虛擬試驗中仿真過(guò)程參數進(jìn)行設置與控制，最后對汽車(chē)側面碰撞進(jìn)行計算機仿真。分析了仿真的結果，并對仿真結果作出了客觀(guān)的評價(jià)。
 

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