新能源汽车全塑车身结构及安全耐撞性能分析

【摘要】：在能源短缺和环境污染等问题亟待解决的背景下,新能源汽车的大力开发和使用成为当前各大汽车企业的研究热点。本课题组在宁波格林美孚新材料科技有限公司实验基地创新研发出全塑车身电动汽车,该电动汽车应用旋塑成型工艺突破车身塑化制造整体成型的关键技术,车身由线性低密度聚乙烯塑料一次整体加工而成。其中,汽车安全设计的关键内容之一是车身耐撞性能研究,虽然该技术突破了车身轻量化的技术瓶颈,但是塑料车身与金属车身相比,在碰撞安全性能方面具有材料强度较弱、碰撞吸能能力较差等问题,所以,如何设计出合理有效的车身结构以提高全塑车身电动汽车的耐撞性能是核心问题。本文根据碰撞法规的要求,以电动汽车全塑车身100%刚性墙正面碰撞结构为研究对象,利用有限元分析软件LS-DYNA进行数值模拟,进行耐撞性能分析。主要工作和成果为以下部分：1、以市场上某款电动汽车为标杆汽车,应用逆向设计方法和逆向软件Geomagic studio,对标杆汽车进行逆向三维模型重构。然后在该模型的基础上,应用三维建模软件UG,设计出全塑车身电动汽车的三维实体模型。2、根据碰撞仿真的有限元理论基础,介绍了软件LS-DYNA的基本算法。然后根据GB11551-2003《乘用车正面碰撞乘员保护》中对正面碰撞的实验规定,在前处理软件Hypermesh中建立了电动汽车全塑车身正面碰撞有限元模型。3、将有限元模型提交到求解器LS-DYNA中计算,对求解的结果进行了可信性分析。由计算结果可知全塑车身电动汽车的碰撞能量主要是被塑料车身吸收,金属骨架前纵梁部分变形小,对电池组起到保护作用,同时,车身结构还存在塑料材料强度偏弱,车体刚度偏大,塑料车身吸能能力还需要提升等问题。4、针对车身结构存在的材料强度偏弱,车体刚度偏大,塑料车身吸能能力提升空间较大等问题,结合车身加工旋塑工艺,提出填充聚氨酯泡沫塑料进行车身结构优化。由于聚氨酯泡沫塑料种类较多,分别建立了填充软质聚氨酯泡沫车身正面碰撞模型和填充硬质聚氨酯泡沫车身正面碰撞模型,对比优化前后的结构耐撞性能,验证了优化方案的可行性和优化效果,同时将两个优化方案结果进行对比之后,确定了优化用聚氨酯泡沫的类型为软质聚氨酯材料。 【关键词】：全塑车身电动汽车 旋塑 正面碰撞仿真 LS-DYNA 优化设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7;U463.82
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符号说明17-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 课题的研究背景及意义18-20
• 1.1.1 汽车耐撞性能研究的意义18-20
• 1.1.2 塑料车身碰撞安全性研究的意义20
• 1.2 国内外研究现状20-23
• 1.2.1 国外研究现状21-23
• 1.2.2 国内研究现状23
• 1.3 课题来源及研究内容23-26
• 1.3.1 课题来源23-24
• 1.3.2 课题研究目的及主要内容24-26
• 第二章 碰撞法规简介及电动汽车碰撞要求特殊性26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 国内外汽车碰撞安全法规简介26-27
• 2.3 正面碰撞研究的意义和评价指标27-29
• 2.3.1 正面碰撞研究的意义27-28
• 2.3.2 正面碰撞评价指标28-29
• 2.4 全塑车身电动汽车碰撞要求特殊性29-32
• 2.4.1 电动汽车结构特点29-30
• 2.4.2 全塑料车身电动汽车结构特点及意义30-31
• 2.4.3 全塑车身电动汽车碰撞安全特殊性31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 新能源汽车逆向三维建模及全塑车身设计34-50
• 3.1 前言34-35
• 3.2 新能源标杆汽车逆向三维模型的建立35-38
• 3.2.1 新能源标杆汽车整车拆卸35-36
• 3.2.2 新能源标杆汽车数据采集36-38
• 3.3 点云数据的处理38-43
• 3.3.1 点云数据去噪及滤波39-40
• 3.3.2 三维点云数据的多视拼合40-42
• 3.3.3 点云数据的精简42-43
• 3.4 基于UG的新能源标杆汽车三维模型重构43-47
• 3.4.1 新能源标杆汽车白车身三维模型重构43-46
• 3.4.2 新能源标杆汽车其他系统的三维模型重构46-47
• 3.5 基于UG的全塑车身新能源汽车结构设计47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 新能源汽车全塑车身正面碰撞有限元模型建立50-63
• 4.1 前言50
• 4.2 汽车碰撞计算机仿真模拟中的有限元基础理论50-55
• 4.2.1 汽车碰撞有限元基本方法50-51
• 4.2.2 汽车碰撞有限元基本方程51-55
• 4.3 全塑车身电动汽车整车技术参数55-56
• 4.4 新能源汽车全塑车身碰撞有限元模型的建立56-62
• 4.4.1 新能源汽车全塑车身有限元模型划分网格56-59
• 4.4.2 材料本构模型的确定59-60
• 4.4.3 有限元模型的连接处理60-61
• 4.4.4 刚性墙和载荷约束61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 正面碰撞仿真结果分析63-74
• 5.1 前言63
• 5.2 仿真计算可信性分析63-65
• 5.3 塑料车身耐撞安全性能分析65-72
• 5.3.1 塑料车身变形分析65-70
• 5.3.2 塑料车身结构碰撞能量吸收分析70-72
• 5.4 塑料车身正面碰撞结构存在的问题72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 新能源汽车全塑车身优化设计74-84
• 6.1 引言74
• 6.2 第二代新能源旋塑塑料车身结构优化设计74-76
• 6.3 聚氨酯泡沫材料力学参数测试76-77
• 6.4 电动汽车塑料车身正面碰撞仿真及结果分析77-81
• 6.4.1 塑料车身位移变形对比分析78-80
• 6.4.2 聚氨酯泡沫碰撞能量吸收能力对比分析80
• 6.4.3 车身加速度对比分析80-81
• 6.5 本章小结81-84
• 第七章 结论与展望84-86
• 7.1 结论84
• 7.2 展望84-86
• 参考文献86-90
• 附录90-94
• 致谢94-96
• 研究成果及发表的学术论文96-98
• 作者和导师简介98-99
• 学位论文答辩委员会决议书99-100

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