汽车工程论文格式:碰撞安全仿真云图与损伤指标表

汽车工程论文聚焦碰撞安全领域，其格式包含碰撞安全仿真云图与损伤指标表两部分，碰撞安全仿真云图能直观呈现车辆在碰撞过程中的应力、应变分布等关键信息，帮助研究人员清晰了解碰撞时各部位受力情况，损伤指标表则以量化数据形式，精确记录车辆不同结构在碰撞后的损伤程度，为评估车辆碰撞安全性提供客观依据，二者结合助力深入分析汽车碰撞安全性能 。

汽车碰撞安全仿真分析：云图可视化与损伤指标评估

——基于有限元模型的正面碰撞研究

摘要

本文针对汽车正面碰撞安全性,基于有限元方法建立整车碰撞仿真模型，通过LS-DYNA软件模拟100%刚性壁障碰撞工况，研究重点分析碰撞过程中车身结构变形云图（应力/应变分布）与乘员损伤指标（HIC、胸部压缩量、腿部力等）的关联性，仿真结果显示，前纵梁吸能效率提升15%时，乘员舱A柱变形量减少22%，HIC值降低至650以下，满足法规要求，研究为车身结构轻量化与安全性协同设计提供理论依据。

汽车碰撞安全；有限元仿真；云图分析；损伤指标；轻量化设计

• 背景：汽车碰撞安全是法规强制要求，传统试验成本高、周期长，仿真技术成为关键工具。
• 问题：现有研究多关注单一指标（如变形量），缺乏云图与损伤指标的联合分析。
• 目标：通过仿真云图可视化与损伤指标量化，揭示结构变形对乘员保护的机制。

仿真模型与方法

1 有限元模型建立

• 模型参数：基于某车型CAD数据，划分壳单元（前纵梁、A柱）与实体单元（发动机）。
• 材料模型：采用MAT24（分段线性塑性）定义钢材本构关系，考虑应变率效应。
• 边界条件：设置100%刚性壁障碰撞，初速度50km/h，接触算法为自动单面接触。

2 云图与损伤指标定义

• 云图类型：
  • 等效应力云图（Von Mises Stress）
  • 塑性应变云图（Plastic Strain）
  • 能量吸收云图（Internal Energy）
• 损伤指标：
  • 头部损伤指标（HIC₁₅）
  • 胸部压缩量（Thoracic Deflection）
  • 腿部轴向力（Femur Force）

结果与讨论

1 碰撞过程云图分析

• 时间序列云图（图1）：
  • t=50ms：前纵梁开始折叠，应力集中于诱导槽区域。
  • t=100ms：乘员舱A柱变形量达80mm，应力传递至门槛梁。
  • t=150ms：能量吸收主要集中于前部吸能盒（占比65%）。

图1 正面碰撞等效应力云图（时间序列）
（插入3张不同时刻的云图，标注关键区域）

2 损伤指标量化结果

• 乘员损伤指标对比（表1）：
  | 指标 | 仿真值 | 法规限值 | 达标情况 |
  |------------|--------|----------|----------|
  | HIC₁₅ | 620 | ≤1000 | √ |
  | 胸部压缩量 | 28mm | ≤30mm | √ |
  | 腿部力 | 5.2kN | ≤8.0kN | √ |

表1 乘员损伤指标仿真结果与法规对比

3 结构优化影响

• 前纵梁厚度优化：
  • 厚度增加2mm时,吸能效率提升18%，但HIC值上升至720（需平衡轻量化与安全）。
  • 诱导槽角度优化至45°时，变形模式更稳定，A柱变形量减少12%。

1. 仿真云图可直观反映碰撞能量传递路径,前纵梁与A柱为关键吸能区域。
2. 损伤指标与云图变形量呈强相关性,HIC值对A柱变形敏感度最高。
3. 结构优化需兼顾吸能效率与乘员保护,建议采用多目标优化方法。

参考文献

[1] 王某等. 汽车碰撞有限元建模与验证方法[J]. 汽车工程, 2020, 42(3): 345-352.
[2] NHTSA. Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 208[S]. 2018.
[3] LS-DYNA Keyword User’s Manual, Version R12[M]. Livermore Software Technology, 2020.

图表说明规范

1. 云图：需标注单位（MPa/mm）、时间点、关键结构名称。
2. 表格：包含指标名称、仿真值、法规限值、达标判断，必要时添加备注（如“优化后”）。
3. 排版：云图与表格需按出现顺序编号，置于正文对应段落后。

此格式可根据具体研究内容调整,重点突出仿真方法、云图分析逻辑与损伤指标的量化关联性。