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摘要：汽车车身结构的碰撞性能直接关系到汽车的被动安全性指标。本文从某纯电动轿车在设计中提出的具体要求出发，建立了用于碰撞分析的整车车身结构的有限元模型，同时按照车身碰撞性能的评价目标，利用计算机模拟技术对车身局部结构进行了优化和改进。模拟结果与实车碰撞实验结果的对比表明，计算方法和模拟过程正确，提出的建模方案和局部改进方案可以提高汽车产品的被动安全性设计水平。
关键词：轿车车身；结构设计；正面碰撞；仿真；评价；被动安全性
1.1 本文的研究内容
本文针对某纯电动轿车的正面碰撞安全性进行了车身结构设计，并结合仿真分析的结果提出了优化设计方案，相关工作如下：
（1）通过阅读大量的参考文献，分析了国内外汽车被动安全性的研究现状和法规现状，以及取得的最新成果及最新发展动态等。
（2）借助于大变形非线性有限元理论，对车身正面碰撞评价指标进行了分析。
（3）建立了某纯电动轿车的整车三维CAD数学模型.
（4）以典型正碰结构框架为基础，对网格划分、材料定义、算法选择、焊接工艺、接触条件设定进行了细致的分析和参数比较。根据仿真分析的需要，对数据进行了适当的处理和简化，并进行了全面检查和校正。
（5）按照ECE R95法规对轿车车体总成进行了正碰仿真分析，针对仿真结果中出现的问题，提出了比较优化的改进方案。
（6）对改进方案进行了多次仿真分析，结果显示新增零件具备良好的吸能特性，改进方案提高了车体正面抗撞性，方案是可行的。
（7）将仿真分析的结果与实车碰撞试验数据进行了比较，验证了仿真分析结果的有效性。
（8）总结出了一套应用非线性有限元理论、组合多种应用软件进行碰撞仿真分析的方法，该方法对车身结构的优化设计具有重要的指导作用。对其它同类车型的车身结构设计具有一定的借鉴意义。
第2章 整车模型的建立
2.1白车身三维CAD数学模型的建立
在CAD模型的建立中，采用了法国Dassault公司推出的三维CAD软件CATIA，它是当今汽车工业界应用最广泛的软件之一，白车身CAD模型见图2-1。
第3章 前纵梁碰撞性能的评价和局部改进
本文对车身结构的主要吸能部件---前纵梁总成的结构进行了多次优化设计和局部改动，使其碰撞吸能性能得到进一步的改进。
3.1第一次模拟结果的评价及结构局部改进
结果分析：该前纵梁在碰撞时，前部没有很好的压溃变形，在梁的中部产生了很大的弯曲变形。由于弯曲变形吸收能量的能力较低，且变形大，而压溃变形则具有很大的能量吸收比，所以從模拟的结果来看，要想办法使前纵梁尽可能的沿着轴向压溃变形，控制其弯曲变形量。
结构改进：1、通过局部调整截面形状（通过吸能筋与加强筋的布置），使结构的变形阻力保持在适当水平，并重视局部弱化使整车刚度分配符合设计原则及能量吸收曲线图。具体有如下措施：1）在纵梁上设计易于轴向压溃的结构要素，如：凸台、凹台、长孔或方孔、缺口等；2）纵梁、车架局部制成波纹管状；3）设计纵向布置的加强筋，局部控制弯曲变形。采取了第1）和3）种措施，即在纵梁上设计易于轴向压溃的结构要素，增加纵向布置的两道加强筋。
2、在纵梁的内外板之间，增加一个小隔板，抑制纵梁的弯曲变形。
3.2 第二次模拟结果的评价及结构局部改进
结果分析：从图中可以看出，前纵梁前部有些压溃变形，但不充分；后部刚性差，变形严重。
结构改进：
（1）将前纵梁的内板前部的厚度由1.8mm改为1.6mm，以利于压溃变形；后部还保持料后1.8mm，以利于提高刚性。两个厚度不相等的钢板先进行激光拼焊，之后再整体冲压，形成前纵梁的内板，这在工艺上是可行的。
（2）在前纵梁的后部，在内外板之间，增加一个加强件，以提高刚性。
3.3第三次模拟结果的评价
结果分析：压溃变形非常充分，达到了比较满意的结果，后部刚性大大提高，没有明显的变形。从加速度、速度、变化曲线等几方面分析，改进结构令人满意。
结论：
本文从某纯电动轿车在设计中提出的具体要求出发，对该车的正面抗撞性进行了研究，将先进的CAD和CAE技术应用碰撞仿真分析中去，不但可以有效验证实车试验的结果，还可以非常清晰地剖析总体和局部结构的抗撞特性，为车身结构零件的改进和优化设计提供了理论依据，并直接对改进后零件的抗撞性能进行分析，从而大大缩短车身的开发周期，减少车身的设计成本，并可保证更高的可信度。
本文所取得的成果如下：
（1）较完整地建立了某纯电动轿车的整车三维CAD数学模型。
（2）按照ECE R95法规对轿车车体总成进行了正碰仿真分析，针对仿真结果中出现的问题，提出了比较优化的改进方案。
（3）对改进方案进行了多次仿真分析，结果显示改进方案提高了车体正面抗撞性，方案是可行的。
（4）将仿真分析结果与实车碰撞试验数据进行了比较，验证了仿真分析过程的有效性，从而得出某纯电动轿车的车身正面碰撞安全性的结构设计是成功的。
参考文献
[1]王瑄，李宏光，赵航，现代汽车安全. 北京：人民交通出版社，1998。
[2]黄世霖，张金换，王晓冬等，汽车碰撞与安全. 北京：清华大学出版社，2000
关键词：轿车车身；结构设计；正面碰撞；仿真；评价；被动安全性
1.1 本文的研究内容
本文针对某纯电动轿车的正面碰撞安全性进行了车身结构设计，并结合仿真分析的结果提出了优化设计方案，相关工作如下：
（1）通过阅读大量的参考文献，分析了国内外汽车被动安全性的研究现状和法规现状，以及取得的最新成果及最新发展动态等。
（2）借助于大变形非线性有限元理论，对车身正面碰撞评价指标进行了分析。
（3）建立了某纯电动轿车的整车三维CAD数学模型.
（4）以典型正碰结构框架为基础，对网格划分、材料定义、算法选择、焊接工艺、接触条件设定进行了细致的分析和参数比较。根据仿真分析的需要，对数据进行了适当的处理和简化，并进行了全面检查和校正。
（5）按照ECE R95法规对轿车车体总成进行了正碰仿真分析，针对仿真结果中出现的问题，提出了比较优化的改进方案。
（6）对改进方案进行了多次仿真分析，结果显示新增零件具备良好的吸能特性，改进方案提高了车体正面抗撞性，方案是可行的。
（7）将仿真分析的结果与实车碰撞试验数据进行了比较，验证了仿真分析结果的有效性。
（8）总结出了一套应用非线性有限元理论、组合多种应用软件进行碰撞仿真分析的方法，该方法对车身结构的优化设计具有重要的指导作用。对其它同类车型的车身结构设计具有一定的借鉴意义。
第2章 整车模型的建立
2.1白车身三维CAD数学模型的建立
在CAD模型的建立中，采用了法国Dassault公司推出的三维CAD软件CATIA，它是当今汽车工业界应用最广泛的软件之一，白车身CAD模型见图2-1。
第3章 前纵梁碰撞性能的评价和局部改进
本文对车身结构的主要吸能部件---前纵梁总成的结构进行了多次优化设计和局部改动，使其碰撞吸能性能得到进一步的改进。
3.1第一次模拟结果的评价及结构局部改进
结果分析：该前纵梁在碰撞时，前部没有很好的压溃变形，在梁的中部产生了很大的弯曲变形。由于弯曲变形吸收能量的能力较低，且变形大，而压溃变形则具有很大的能量吸收比，所以從模拟的结果来看，要想办法使前纵梁尽可能的沿着轴向压溃变形，控制其弯曲变形量。
结构改进：1、通过局部调整截面形状（通过吸能筋与加强筋的布置），使结构的变形阻力保持在适当水平，并重视局部弱化使整车刚度分配符合设计原则及能量吸收曲线图。具体有如下措施：1）在纵梁上设计易于轴向压溃的结构要素，如：凸台、凹台、长孔或方孔、缺口等；2）纵梁、车架局部制成波纹管状；3）设计纵向布置的加强筋，局部控制弯曲变形。采取了第1）和3）种措施，即在纵梁上设计易于轴向压溃的结构要素，增加纵向布置的两道加强筋。
2、在纵梁的内外板之间，增加一个小隔板，抑制纵梁的弯曲变形。
3.2 第二次模拟结果的评价及结构局部改进
结果分析：从图中可以看出，前纵梁前部有些压溃变形，但不充分；后部刚性差，变形严重。
结构改进：
（1）将前纵梁的内板前部的厚度由1.8mm改为1.6mm，以利于压溃变形；后部还保持料后1.8mm，以利于提高刚性。两个厚度不相等的钢板先进行激光拼焊，之后再整体冲压，形成前纵梁的内板，这在工艺上是可行的。
（2）在前纵梁的后部，在内外板之间，增加一个加强件，以提高刚性。
3.3第三次模拟结果的评价
结果分析：压溃变形非常充分，达到了比较满意的结果，后部刚性大大提高，没有明显的变形。从加速度、速度、变化曲线等几方面分析，改进结构令人满意。
结论：
本文从某纯电动轿车在设计中提出的具体要求出发，对该车的正面抗撞性进行了研究，将先进的CAD和CAE技术应用碰撞仿真分析中去，不但可以有效验证实车试验的结果，还可以非常清晰地剖析总体和局部结构的抗撞特性，为车身结构零件的改进和优化设计提供了理论依据，并直接对改进后零件的抗撞性能进行分析，从而大大缩短车身的开发周期，减少车身的设计成本，并可保证更高的可信度。
本文所取得的成果如下：
（1）较完整地建立了某纯电动轿车的整车三维CAD数学模型。
（2）按照ECE R95法规对轿车车体总成进行了正碰仿真分析，针对仿真结果中出现的问题，提出了比较优化的改进方案。
（3）对改进方案进行了多次仿真分析，结果显示改进方案提高了车体正面抗撞性，方案是可行的。
（4）将仿真分析结果与实车碰撞试验数据进行了比较，验证了仿真分析过程的有效性，从而得出某纯电动轿车的车身正面碰撞安全性的结构设计是成功的。
参考文献
[1]王瑄，李宏光，赵航，现代汽车安全. 北京：人民交通出版社，1998。
[2]黄世霖，张金换，王晓冬等，汽车碰撞与安全. 北京：清华大学出版社，2000