摘 要

随着汽车工业技术的不断发展，全球的汽车保有量不断增加，给人们的生活以及出行带来了极大的便利，但同时交通事故也频频发生。分析近年来发生的诸多交通事故，汽车正面碰撞事故在其中占巨大的比例，而在汽车正面碰撞中起主要保护作用的是汽车保险杠，所以本文主要是分析各保险杠安全评价指标的异同，然后对汽车泡沫铝汽车保险杠进行一定的设计优化。

本文首先分析了世界各国对汽车保险杠低速碰撞的安全性能要求，着重比较了强制性标准与非强制性标准的异同。然后对保险杠系统进行一定的仿真，因为在正面碰撞时，保险杠系统主要发生轴向变形和压溃，所以将整个泡沫铝保险杠系统模型进行简化，以泡沫铝填充管的轴向压缩性能来表示整个泡沫铝保险杠的防撞性，运用ABAQUS软件对泡沫铝填充管进行仿真冲击碰撞试验，分析试验结果，证明泡沫铝保险杠具有良好的吸能性。然后通过改变泡沫铝材料的相对密度、泡沫铝填充管的壁厚、泡沫铝填充管的截面形状以及泡沫铝填充管的填充管材料，得出了相对密度较低的、壁厚较厚的、截面形状为长方形的、填充管材料为铝的泡沫铝填充管具有更好的吸能特性，从而实现了对泡沫铝汽车保险杠的优化。

关键词：泡沫铝；保险杠；碰撞；优化

Abstract

With the constantly development of the technology of auto industry, the car ownership of the whole world is constantly increasing, which provide huge convenience to peoples’ life, but at the meantime, the traffic accidents are also occur frequently. Analyzing the traffic accidents happened these years, the front impact holding most proportions, and the bumper plays the vital role in front impact, so the paper is mainly to analyze the difference of the laws and standards of the bumpers, then to design and optimize the foam aluminum bumper.

Firstly, the paper analyzed the safety performance requirements of the low speed impact of the automobile bumper in the world, mainly to compare the differences between the mandatory standard and voluntary standards. Then, the paper simulated the bumper system, because the bumper system mainly produced the axial deformation and collapse in front impact, so we can simplify the whole model of the bumper system, using the axial compression performance of the aluminum foam-filled tube to represent crashworthiness of the whole bumper system, then used the ABAQUS to simulate the impact test of the aluminum foam-filled tube, analyzed the test result to prove the good energy-absorbing ability of the foam aluminum bumper. Lastly, through changing the relative density of the foam aluminum, the wall- thickness of the aluminum foam filled tube, cross sectional shape of the aluminum foam-filled tube and the materials of the aluminum foam-filled tube, drew the conclusion that the aluminum foam filled tube with lower relative density, thicker wall- thickness, rectangular cross sectional shape and aluminum tube has better ability of energy-absorbing, to realize the optimization of the foam aluminum automobile bumper.

Key Words: aluminum foam, bumper, impact, optimization

目　　录

第1章 绪论 1

1.1 汽车碰撞安全简介 1

1.2 泡沫铝的性能及应用 2

1.2.1 泡沫铝的生产 2

1.2.2 泡沫铝的性能 3

1.2.3 泡沫铝在汽车工业的应用 4

1.3保险杠低速碰撞安全特性简介 4

1.4 泡沫铝吸能特性研究进展 5

1.5 本文研究内容 5

第2章 汽车保险杠耐撞性分析及研究方法 7

2.1 汽车保险杠结构功能分析 7

2.2 汽车保险杠的设计原则 7

2.3 汽车保险杠碰撞法规简介 8

2.3.1 世界主要安全技术法规 8

2.3.2 保险杠的正面碰撞法规 8

2.4 汽车耐撞性的研究方法 9

2.4.1 实车碰撞试验研究 9

2.4.2 仿真碰撞试验研究 10

2.5 汽车保险杠的材料及结构形式 11

2.5.1 汽车保险杠的材料 11

2.5.2 吸能式汽车保险杠 11

2.5.3 保险杠吸能装置分类 12

2.6 轴向压缩变形模式分析 13

2.7 本章小结 14

第3章 泡沫铝吸能特性仿真研究 16

3.1 泡沫铝结构性能分析 16

3.2 泡沫铝冲击模型 16

3.3 泡沫铝冲击模型仿真结果 20

3.4 泡沫铝冲击模型仿真结果分析 22

3.5 仿真结果与文献的对比验证 24

3.6 本章小结 24

第4章 泡沫铝汽车保险杠结构性能优化 25

4.1 泡沫铝汽车保险杠有限元模型 25

4.2 泡沫铝填充管吸能特性分析 26

4.2.1 泡沫铝填充管吸能特性理论分析 26

4.2.2 泡沫铝填充管吸能特性仿真分析 27

4.3 泡沫铝填充管结构性能优化 33

4.3.1泡沫铝填充管壁厚优化 33

4.3.2泡沫铝填充管截面形状优化 37

4.3.3泡沫铝填充管填充管材料优化 43

4.4 泡沫铝填充管结构保险杠碰撞理论分析 47

4.5 本章小结 48

第5章 结论与展望 49

5.1 结论 49

5.2 展望 49

参考文献 50

致谢 52

第1章 绪论

1.1 汽车碰撞安全简介

随着汽车行业的不断发展，汽车在出行、运输等方面给人们的生活带来了极大的便利，很大程度的方便了人们的工作生活。随着我国经济不断快速发展，大众购车需求旺盛，汽车保有量不断上升。根据公安部交管局统计，截至2015年年底，全国机动车保有量为2.79亿量，其中汽车1.72亿辆；机动车驾驶人3.27亿人，其中汽车驾驶人超过2.8亿人。纵观近五年，机动车数量持续上涨，特别是私家车涨幅巨大，2015年私家车数量达到1.24亿辆，较2014年增加1877万辆，涨幅17.77%；驾驶人数量也是逐年上升，2015年机动车驾驶人数量超3.2亿人，其中汽车驾驶人为2.8亿，占85.63%^[1]。

在汽车给人们带来极大便利的同时，汽车安全事故也不断发生，不仅造成了巨大的人员伤亡和经济损失，而且给人们的心灵造成了巨大的伤害。如今，道路安全已经成为威胁人类健康安全的重要指标，根据世界卫生组织的统计，仅2014年全球道路安全交通事故就造成近130万人死亡，近5000万人受伤，可见道路交通事故给世界发展造成了巨大的负担。根据世界卫生组织预测，到2020年，世界道路交通事故死亡人数将达到234万人，将成为威胁人类生命安全的第三大威胁，仅次于心脑血管疾病和抑郁症^[2]。