1.1研究背景

改革开放以来，中国经济得到了快速增长，国民收入持续增加，人民生活水平得到不断提高。截至2018年底，全国汽车保有量达2.4亿辆，比2017年增加2285万辆，增长10.51%。车辆极大地方便了人们的出行，但是也带来了一系列的社会问题，其中交通安全事故频发，令人深思。

1979 年美国率先公布并实施NCAP体系,即新车评价规范，随后汽车安全性越来越被消费者重视，成为消费者选购汽车的重要评判标准。随着汽车技术的不断成熟，各国相继制定自己的NCAP评价标准，其中包括我国的C-NCAP体系。目前人们研究汽车被动安全性的方法主要有实车碰撞实验和计算机模拟仿真。相比于实车碰撞实验存在实验成本高、实验周期长、重复性差的特点，基于有限元方法的计算机仿真方法在汽车的前期设计开发中有着极其重要的意义。

正面碰撞在交通事故中最为常见，发生率高达 49%，因而对汽车正面碰撞的研究有着重大意义。前纵梁作为正碰时主要的变形吸能部件，其性能对正碰事故中车辆安全性能的影响极为关键，因此，前纵梁的研究一直都是车辆正面碰撞被动安全研究中最重要的课题之一。一方面需要充分考虑结构的安全性，在碰撞中能吸收尽可能多的能量；另一方面，随着人们环保意识的提升，各国二氧化碳排放量和节能法规的日趋严格，轻量化在设计中也是不可忽视的目标。在前纵梁的设计中，厚度优化是一种简单可行的方法。本文基于建立的正碰模型对前纵梁内、外板的厚度进行了优化设计。

1.2国内外研究现状分析

1.2.1国外汽车碰撞安全研究现状

早在上个世纪30年代国外各大汽车企业便开展了汽车碰撞研究，50年代之后引入了台车碰撞试验。上个世纪70年代欧洲、美国、日本等国开始使用计算机数值模拟车辆碰撞研究其耐撞性能。特别是近年来,随着有限元理论的完善和发展,数值分析软件模拟碰撞中的大变形、大转动的准确性已经可以指导工程开发和应用。应用在碰撞领域中比较流行的商业化软件有美国的LS-DYNA3D、荷兰的MADYMO,法国的PAM-CRASH等,这些软件以显式有限元理论为基础核心,基本真实地描述结构的变形。它们不光在科学研究工作中,而且在各大汽车公司例如通用和宝马的被动安全性能研究中得到了广泛应用。

1.2.2国内汽车碰撞安全研究现状

我国车辆被动安全性研究起步于上个世纪80年代末期，当时国内的研究主要集中在对已有车型进行实车检测，也有基于计算机模拟仿真的碰撞实验。清华大学等高校及研究所先后建立了实车碰撞试验基地，完成了一系列的汽车碰撞试验，为国内汽车碰撞安全性研究奠定了基础。

国家规定的汽车安全性能法规和强制性标准是我国汽车碰撞安全性研究的主要推动力量，有关部门于1999年颁布了第一项汽车被动安全技术法规《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》CMVDR294，2003年又在CMVDR294的基础上稍作修改推出了《乘用车正面碰撞的乘员保护》,其中正面碰撞试验内容首次被列入新车检验项目中。我国的新车评价程序（C-NCAP）也于2006年7月全面启动,对市场上的新车型的安全性能评定提出了更全面和更严格的标准和实验方法。在此基础下，国内在汽车被动安全性、包括碰撞安全领域的研究得到了迅速发展。

1993 年，湖南大学钟志华教授提出了一种计算车辆接触碰撞摩擦力的方法，即“防御节点法”，可以精确且方便地计算碰撞过程的法向接触力，提高了计算接触过程中的大变形、大位移的精确度；上海交通大学林中钦、朱平、施欲亮等人研究分析了关于汽车耐撞性仿真中的网络规模控制方法和点焊连接关系的有限元模拟，建立起了有关碰撞性的焊点有限元模型，为在轻量化车身上拼焊板结构的设计提供了一套实用的设计方案；北京航空航天大学张维刚等人提出一种新的基于逐步回归代理模型的遗传算法，并将该方法应用于整车碰撞优化中多目标参数最优解问题，分别在40%偏置碰撞和100%正面碰撞应用该方法进行了多目标仿真优化，结果表明该算法能高效地求解多目标优化中的最优解。

随着近年来各高校、企业的工作逐渐开展深入，汽车碰撞与计算机仿真的研究主要从两方面发展：一方面从改进研究方法出发，致力于提高数值仿真的精度和效率,一方面体现在乘员约束系统的匹配与优化方面，吉林大学、湖南大学的相关人员做了许多这方面的工作,取得了重大的进步。

1.3研究目的

本设计研究的目的是建立整车碰撞CAE模型，对汽车正面碰撞中的主要吸能部件前纵梁进行了仿真分析，并根据分析结果，对前纵梁内、外板的厚度搭配进行优化设计，从而改善安全性同时兼顾轻量化。