基于等效靜載荷法的汽車復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高行人安全

歐洲近一年的道路交通事故造成6000多人死亡或受傷，其中行人頭部受傷是事故中行人重傷和死亡的主要原因。

為了提高行人安全，減輕行人頭部損傷程度，研究在有限元分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了汽車復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)罩的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究首先分別對(duì)部分車輛、頭部沖擊器和發(fā)動(dòng)機(jī)罩建立了有限元模型。這里建立部分車輛模型可以降低仿真時(shí)間，頭部沖擊器模擬了試驗(yàn)中人的頭部，建立發(fā)動(dòng)機(jī)罩模型對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩在彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷作用下的剛度性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然后基于沖擊剛度分析進(jìn)行整個(gè)復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)罩的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究選擇碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）和混雜玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合層壓材料（CFRP/GFRP）作為候選材料。通過等效靜載荷法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料罩的角折疊順序和材料分配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。角折疊順序是復(fù)合材料各層與水平線的夾角，不同的角折疊順序會(huì)產(chǎn)生不同的材料特性。材料分配優(yōu)化指在整個(gè)有限元設(shè)計(jì)域內(nèi)選擇不同的材料厚度以獲得性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，通過測(cè)量頭部損傷指標(biāo)（HIC）、撓度和重量來評(píng)價(jià)復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)罩的綜合表現(xiàn)。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)鐵和鋁制成的發(fā)動(dòng)機(jī)罩相比，研究所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)罩可以顯著提高沖擊性能以及降低發(fā)動(dòng)機(jī)罩質(zhì)量，同時(shí)滿足了彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的強(qiáng)度要求。