当前课程知识点：汽车碰撞安全基础 > 第12讲：汽车结构件的碰撞力学设计和分析 > 12-1：薄壁管件轴向压溃设计和分析 > Video
汽车12-1
同学们好
那我们现在开始本节的讲座
车里边有非常多的薄壁管件
几乎所有的A柱B柱门槛梁
前纵梁保险杠都是
各种各样的薄壁管件
大部分也还都是
方的或者是长方的
不大可能是圆的
这个薄壁管件
这个我要处在不同的位置
有不同的设计要求
比如你处在B柱的位置
你可能对整体的刚度有一个要求
可能对侧面碰撞
B柱的弯曲有个要求
你如果处在A柱的位置
你可能对弯曲的时候
承载强度有个要求
可能对整个的扭转刚度有个要求
你如果处在前纵梁的位置
可能就是托着发动机
在前碰撞的时候通过压溃来吸能
所以当这个薄壁管件
处在车里不同位置的时候
它有不同的载荷工况和设计要求
那我们只关注
如果我这个薄壁管件是车的前纵梁的一部分
这是保险杠
这个它有些什么变形的特性
那这个话题实际上
研究了大概快50年了
就是薄壁管件的压溃分析
所以很多年 这是一个很旧的文献了
它就拿一个铝合金的方管
在准静态的压缩机上压
就压出了这么漂亮的屈曲的模式
或者是变形的模式
但如果我把这个结构
放到前纵梁里面就复杂了
因为有发动机的约束
各种各样的约束
有偏置有斜碰撞
那实际上它那个变形模式
不一定是这么干净整齐
所以这就是大家做设计的时候
可能会费点心思
我只讲最简单的工况
那最简单的工况
就是如果有这么一个方管
这个给一个轴向冲击它会压溃
这种压溃的这种变形模式
是结构里边
最有效的能量吸收模式
什么是最有效就是 单位体积
单位重量 单位占用空间
因为车里边就管这几件事
说前纵梁就这么大
粗细不要超过这个
长度不要超过这个
这个设计空间是给定的
这叫单位占用空间
给定占用空间或者说
那给定了占用空间
载荷已经出来了
说你要扔多少材料进去
扔多少结构进去
给我提供多大的阻力
然后单位质量就说
在这个占用空间里边
你放了个薄壁管件
你也可以放一个实心的钢
但那重量就大了
那载荷也上去了
所以这个要考虑单位重量
就不光是考虑占用空间
还得看它本身的重量
还得看它的那个实际的空间
所以我们
一定要考察单位占用空间
单位质量和单位空间下
这个结构的能量吸收效率
这个时候我们认为
薄壁管件的轴向压溃
是最高的效率
原理我们不去说了就是这样
这种实验非常容易做
拿一个管件到我落锤上砸一下
或者我们上课
留的作业就是让学生
说你去买一罐这个可乐
易拉罐喝完了脚踩一下
脚踩完了以后看看那变形模式
就是这样的
那我们实验可以做出很漂亮的
仿真慢慢去看它的变形模式
现在有仿真
你想过去没有仿真的时候
你想这东西
已经研究了50年了
50年前人怎么研究
那会儿没有仿真计算
你看不出这么细致的事
那会儿也没有高速摄像
你就在落锤上砸
把它砸扁你也看不出来
它的一个变化过程
你能看到的是最终的变化形态
所以50年前
我们这些专家们学者们
居然就凭着最终的变化形态
能够掌握出它的整个的变化过程
这个待会儿可能
我有论文给大家来分享
所以在我们实验室里边
或者我让学生就经常说
去 做个实验去
这个就是我们落锤高速摄像的实验
这当然是圆的
我最近还找了几个方筒茶叶筒
让学生去做 那薄壁管件在车里边
有两个基本的变形模式
一个就是我刚才说的轴向压溃
轴向压溃我们在车里
不可能这个载荷
正好是对着轴中心的
所以总是有个偏置有个碰撞
一般我们认为 在5度10度角之内的
这个碰撞都是能够
产生轴向压溃的 超过了太多
你30度角就明摆着是斜碰撞了
那就有可能不光是轴向压溃了
还有可能产生弯曲了
所以这是一个
最有效率的变形模式
第二个模式就是弯曲
弯曲是最常见的变形模式
因为这个轴向压溃虽然是效率高
但是很难实现
你必须对载荷变形条件
有很严格的要求 恰巧就实现了
但是这个弯曲很容易实现
你随便撞它一下它就弯曲了
你比如说门槛梁的弯曲
B柱的弯曲或者A柱的buckle
所以弯曲是一个很常见的
为什么弯曲载荷
同样是一个薄壁管件
弯曲为什么常见
是因为弯曲消耗的能量小
这也是为什么轴向压溃
认为效率最高
是因为它消耗的能量高
单位体积消耗的能量高
消耗的能量高就意味着
它那个变形模式不容易出现
弯曲容易出现
为什么呢 它消耗的模式低
这个叫做在力学里边
叫最小能量原理或者最小功原理
就是你随便扔一个结构
给它一个外载
它以一个什么形式呈现呢
它一定以一个 这是自然界
它一定以一个
最小耗能的模式出现
它不会以一个说 绷着
来一个耗能很高的模式
这叫 如果我们用振动来说
这叫一阶模态和二阶模态的差别
一阶模态 这悬臂梁这么抖一下
这是最简单的 但是耗能最少
如果你让悬臂梁这么抖起来
这高阶模态
这个耗能倒多了 但是不容易实现
所以这就是说 我们说塑性的变化
但大多数我们常见的
是所谓的叫做混合模式
就这么一个前纵梁里边
或者这么一个薄壁管件里
你很可能看到既有弯曲
又有这种压溃
-1-1：汽车安全问题的背景
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-1-2：车辆碰撞过程
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-1-3：汽车安全的定义
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-1-4：乘用车组件及车身结构碰撞区域
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-1-5：汽车碰撞的类型和碰撞设计要求
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-1-6：汽车碰撞安全设计与分析过程
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-2-1：汽车碰撞波形的定义
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-2-2：发动机对碰撞波形的影响
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-2-3：车辆运动学分析
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-2-4：乘员运动学分析
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-2-5：乘员动力学(1)
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-2-6：乘员动力学(2)
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-补充：整车碰撞试验视频
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-2-7：基于等效方波的质量弹簧模型及约束系统刚度设计
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-2-8：碰撞波形与乘员的约束系统设计匹配（上）
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-2-9：碰撞波形与乘员约束系统设计匹配（下）
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-3-1：冲击载荷下人体的受伤机理
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-3-2：冲击载荷下人体的力学响应
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-3-3：人体的损伤容限
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-3-4：人体冲击力学的试验方法
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-3-5：冲击载荷下人体胸部的力学响应
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-3-6：人体胸部碰撞损伤容限
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-3-7：冲击载荷下人体头部的力学响应与碰撞损伤容限
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-3-8：人体其他部位碰撞损伤研究
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-作业1
-4-1：碰撞假人演变和开发历史
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-4-2：混III 50百分位假人的结构
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-4-3：其他碰撞假人
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-4-4：假人的生物逼真度控制和改进
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-4-5： 碰撞假人主要结构介绍
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-4-6：典型整车碰撞试验过程介绍
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-4-7：典型滑车碰撞试验
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-补充1 正面100%重叠刚性壁障碰撞试验
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-补充2 正面40%重叠可变形壁障碰撞试验
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-补充3 可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-5-1：安全带与气囊的功能
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-5-2：安全带结构
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-5-3：气囊的结构与工作原理
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-5-4：气囊的潜在危险性
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-5-5：气囊对离位乘员的危险性
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-5-6：碰撞感知的概念与难点
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-5-7：点爆策略的制定过程
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-5-8：周青教授解读汽车乘员约束系统工作原理
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-6-1：汽车座椅的结构
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-6-2：颈部挥鞭伤及影响因素
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-6-3：座椅的功能和碰撞安全性设计
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-6-4：防挥鞭伤的原理和保护装置
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-6-5：座椅刚性和柔性的争议
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-6-6：基于座椅滑动的尾撞乘员保护
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-6-7：座椅主要结构及功能介绍
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-6-8：基于座椅滑动的尾撞乘员保护(会议报告版)
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-作业2
-7-1：儿童乘员碰撞保护问题
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-7-2：儿童身体生物力学特性及伤害研究
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-7-3：获取儿童损伤生物力学特性数据及儿童假人设计
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-7-4：儿童乘员约束系统
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-7-5： 儿童乘员约束系统碰撞性能评价
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-7-6：儿童座椅台车试验过程介绍
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-7-7：儿童约束系统使用正确与否的对比
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-8-1：碰撞法规试验的单一性与交通事故的多样性
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-8-2：自适应乘员约束系统优化仿真平台
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-8-3：可调式乘员约束系统构型优化结果56kph工况
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-8-4：可调式乘员约束系统构型优化结果40kph工况
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-9-1：侧面碰撞保护设计评价方法
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-9-2：侧面碰撞过程分析
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-9-3：髋部缓冲衬垫设计考量举例
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-9-4 ：侧面碰撞缓冲衬垫设计
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-9-补充1：车与车侧面碰撞试验
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-9-补充2：C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-9-补充3：侧面柱碰撞试验
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-9-补充4：可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-10-1：乘员头部碰撞问题的背景
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-10-2：力学建模及其依据
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-10-3：研究结果如何指导乘员头部碰撞保护设计
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-10-4：乘员头碰撞小结
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-作业3
-11-1： 行人碰撞事故特点及伤害
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-11-2：行人下肢碰撞损伤机理研究
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-11-3：行人安全评价方法、法规及实验模块
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-11-4： 基于行人模块试验评价方法利弊
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-11-5：车辆前端结构的行人碰撞保护设计
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-11-补充1 行人碰撞保护中成人及儿童头模块碰撞试验
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-11-补充2 行人碰撞保护中下肢模块碰撞试验
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-12-1：薄壁管件轴向压溃设计和分析
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-12-2：塑性铰的概念
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-12-3：薄壁方管轴向压溃变形模式和机理及其力学模型
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-13-1：结构和材料碰撞响应之复杂性
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-13-2：冲击载荷下材料的表征与测试-材料特性的复杂性
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-13-3：冲击载荷下材料的表征与测试-应用环境的复杂性
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-13-4：冲击载荷下材料的表征与测试-试验设计与优化
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-13-5：碰撞载荷下材料和结构的建模与仿真
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-作业4
-14-1：影响两车相撞安全性的因素
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-14-2：具体说明重量、刚度、几何尺寸等如何影响两车相撞安全性
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-14-3： 不同重量级别汽车的安全性设计
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-14-4：事故统计及车重的发展
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-14-5：轻量化技术对汽车安全利大于弊
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-15-1：电动车事故
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-15-2： 电动车电池排布及电池的细观结构
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-15-3： 电池的起火条件及设计准则
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-15-4： 电池碰撞安全性研究
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-15-5：小型轻量化电动车的碰撞安全性研究
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