基于等效靜載荷法的汽車復合材料發(fā)動機罩結構優(yōu)化設計以提高行人安全

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上，進行了汽車復合材料發(fā)動機罩的優(yōu)化設計。研究首先分別對部分車輛、頭部沖擊器和發(fā)動機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間，頭部沖擊器模擬了試驗中人的頭部，建立發(fā)動機罩模型對汽車發(fā)動機罩在彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷作用下的剛度性能進行了評價。然后基于沖擊剛度分析進行整個復合材料發(fā)動機罩的優(yōu)化設計。研究選擇碳纖維增強復合材料（CFRP）和混雜玻璃纖維增強復合層壓材料（CFRP/GFRP）作為候選材料。通過等效靜載荷法對發(fā)動機復合材料罩的角折疊順序和材料分配進行優(yōu)化設計。角折疊順序是復合材料各層與水平線的夾角，不同的角折疊順序會產(chǎn)生不同的材料特性。材料分配優(yōu)化指在整個有限元設計域內(nèi)選擇不同的材料厚度以獲得性能最優(yōu)的結構。

優(yōu)化設計后，通過測量頭部損傷指標（HIC）、撓度和重量來評價復合材料發(fā)動機罩的綜合表現(xiàn)。結果表明，與傳統(tǒng)鐵和鋁制成的發(fā)動機罩相比，研究所設計的復合材料發(fā)動機罩可以顯著提高沖擊性能以及降低發(fā)動機罩質(zhì)量，同時滿足了彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的強度要求。