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湖 南 大 学
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I
摘 要
近年来,随着 FSAE 赛事在全球范围内的迅速发展,各式赛车动力性能也不断得到提升。同时,在较为开放的比赛规则下,赛车的碰撞安全性能也开始日益受到人们的关注。相关资料显示,前碰和翻滚是赛车比赛中发生概率最高的两种碰撞事故形态。而目前专门针对 FSAE 赛车碰撞安全性的研究还十分匮乏。
本文旨在利用汽车碰撞有限元方法,在对蜂窝铝异面抗撞特性模拟方法研究的基础上,对 FSAE 赛车碰撞中车身主要结构的关键设计变量和动态响应进行研究,用以指导赛车满足耐撞性和轻量化的结构安全优化和法规研究。
首先,对基于蜂窝铝材料异面抗撞特性的赛车前端缓冲吸能结构进行数值模拟方法的研究,并结合台车试验验证结果,建立起赛车前碰有限元模型。
然后,进一步分析赛车前碰过程中,前端缓冲吸能结构的重要作用。在给定标准蜂窝铝吸能块的条件下,对吸能块安装边距位置进行参数化研究。
再次,结合响应面近似模型和多目标优化方法,对某款已初步确定前端车架尺寸参数的赛车前端吸能结构进行了兼顾轻量化和耐撞性能的多目标结构优化设计。
最后,以湖南大学某款赛车车架为研究对象。针对赛车翻滚事故形式,在车架静力学刚强度分析的基础上,进行准静态顶盖抗压有限元仿真分析。
研究结果表明:采用 BT 壳单元,并且匹配空气阻尼影响,可以建立起精度较好的蜂窝铝吸能块有限元模型。且当赛车标准吸能块的安装位置边距不大于 35mm 时,前端结构车架中可以不添加斜撑;反之,则必须添加斜撑。通过优化前端吸能结构,使前碰侵入量减少了 %,且比吸能提升了 %。
关键词:FSAE;碰撞;蜂窝铝;翻滚
Abstract
In recent years,the FSAE events have been developed rapidly in the global scope,and the car's dynamic performance has been improved the same time,under the rules of a more open game,the car impact safety performance is more and more get the attention of the racing car crash accidents,the front impact and rollover are the highest probability of two kinds of accident forms. At home and abroad dedicated to FSAE vehicle crash safety research is very scarce.
The purpose of this paper is to study the key design variables of the main structures of car body in crash and the dynamic response by using Finite Element Method (FEM), and based on the research of the simulation method of the out-of-plane crashworthiness property of the b aluminum, and to guide the car crashworthiness and lightweight structure optimization and safety laws regulation.