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儿童乘员约束系统的碰撞安全性研究.rar

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    编号:20180915103337169    类型:共享资源    大小:161.64MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    儿童 乘员 约束 系统 碰撞 安全性 研究
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    汽车儿童约束系统参数设计及基于头部位移的优化(申 请 清 华 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文 )培 养 单 位 : 汽 车 工 程 系学 科 : 机 械 工 程研 究 生 : 赖 庆 鑫指 导 教 师 : 杜 汇 良 研 究 员二 ○ 一 二 年 五 月汽车儿童约束系统参数设计及基于头部位移的优化赖庆鑫Design of Child Restraint System and Decrease of Head DisplacementThesis Submitted toTsinghua Universityin partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of ScienceinMechanical EngineeringbyLai QingxinThesis Supervisor: Professor Du HuiliangMay, 2012关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定,即:清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权,其中包括:(1)已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文,学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文;(2)为教学和科研目的,学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读,或在校园网上供校内师生浏览部分内容。本人保证遵守上述规定。(保密的论文在解密后遵守此规定)作者签名: 导师签名: 日 期: 日 期: 摘 要I摘 要儿童乘员的乘车安全近年来已经成为汽车被动安全研究中重要的课题。国外研究结果表明,使用儿童安全座椅可将儿童受伤概率降低 70%,伤亡比例从11.5%降低至 3.5%。在我国,儿童座椅的研发处于初期,儿童座椅的生产尚处于模仿阶段,大部分座椅安全性较差。因此,开展儿童座椅安全性的研究工作具有重要意义。本论文利用统计的方法分析 NASS-CDS 数据库,得出造成儿童乘员严重伤害的一个重要原因是碰撞过程中头部与前排座椅靠背产生接触,导致儿童头部受伤。论文通过大量的儿童座椅台车试验,证明了儿童座椅失效是导致儿童头部位移过大的主要原因。同时对试验座椅的结构进行分析,得出了儿童座椅的典型失效形式。基于有限元理论,本论文建立了儿童乘员约束系统的仿真模型,根据台车试验测量的数据对仿真模型进行了有效性验证。利用该验证过的模型分析约束系统设计参数对儿童假人伤害指标的敏感性,结果表明,儿童座椅刚度对头部加速度和头部位移影响显著,安全带在约束儿童头部位移的同时,会导致加速度的升高。因此,合理的设计约束系统参数可以使得该约束系统满足法规要求。为了获取儿童约束系统的设计参数,采用四因素三水平的正交表,对敏感性高的参数在其可行性范围内进行正交试验设计。设置不同的目标函数,通过9 次试验获得了针对不同设计目标的参数结果,且有多组参数均可以使模型满足法规要求。为了更好的降低头部位移量,论文基于 modeFRONTIER 优化软件建立了与 MADYMO 耦合的头部位移单目标优化模型,采用改进的单纯形算法经过 12 次迭代获得了头部位移的最小值为 503mm,该值低于正交试验的较优解。结论表明,正交试验一般用于需要通过少量的试验快速寻找满足条件的解的情况,并且可以用于目标函数较多的情况;单纯形算法则需要通过较多的计算得出目标函数取得极值的参数组。论文的方法和结论对于儿童约束系统的设计有一定的指导意义。关键词:儿童安全座椅;敏感度分析;头部位移;参数优化;单纯形算法AbstractIIAbstractChild passenger safety has become an important topic in vehicle crash. Children are vulnerable groups in the traffic accidents compared with the adults, even a slight collision will lead to injury. According to the statistic results by some foreign authorities, using child safety seat can effectively reduce child injury risk by 70%, the proportion of casualties from 11.5% down to 3.5%. In China, research and development of child seat is still at early stage, most of the seats are less secure. Therefore, it is necessary for the research on the safety of child seat.Data from NASS-CDS database showed that head injury was the leading reason for the child serious injury. 20.5% of the head injury was caused by the seat back of its frontal seat. In this study, a lot of child seat sled tests were conducted to prove head displacement was the major representation leading to the failure of the child seat. Meanwhile, the structure of child seats was analyzed to summarize the typical failure forms of child seats.A MADYMO simulation model of child restraint system was established. The MADYMO model was validated against in chest acceleration and head displacement from sled test. Some conclusions on the sensitivity of design parameters were obtained: the stiffness of child seat has significant influence on the head displacement and chest acceleration of child dummy. When the seat belt stiffness increased, the head displacement would decrease while the acceleration would increase. Thus, the groups of design parameters were very important for the safety performance.In order to get CRS’s design parameters, an orthogonal experiment was designed. According to the orthogonal table, the sensitivity parameters were taken as independent variables. The result showed that several groups of parameters could meet the regulation. In order to decrease the head displacement, a modeFRONTIER single objective optimization model coupling with MADYMO was established. The head displacement was set as the single object, using SIMPLEX Algorithm to get the minimum value of head displacement. After about 12 iterations, the result of the optimization was 503mm, which was smaller than the value of orthogonal method.
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