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研究生:潘建道
研究生(外文):Chen-Tao Pan
論文名稱:車門防護裝置之抗撞性能分析
論文名稱(外文):Crashworthiness Analysis of Protective Structures for Car Door
指導教授:鄧作樑鄧作樑引用關係
指導教授(外文):Tso-Liang Teng
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:車輛工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:137
中文關鍵詞:實車碰撞模擬車門鋼樑LS-DYNA 3D
外文關鍵詞:Side Impact SimulationSide Door BeamLS-DYNA 3D
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車輛遭受側邊撞擊的可潰縮空間遠小於正面撞擊,因此當車輛發生側撞事故時,靠近撞擊側乘員因車門的侵入而受到嚴重的傷害。世界各大車廠也不斷的研發各種抗撞結構與安全輔助裝置,以加強車輛抗撞能力與乘員安全。爲了滿足各國的車輛安全法規與消費者對車輛安全的需求,必須建立一有效的安全防護結構與裝置之評估與分析工具。目前各大車廠與設計人員已廣泛運用數值方法來進行實車碰撞模擬,以研發有效的車輛安全結構與防護裝置。相關評估方法與分析結果將可提升車輛抗撞能力及降低乘員損傷。為了了解防護結構與裝置的安全性及進行結構之設計,本論文以車門防撞鋼樑為分析與設計對象,並以LS-DYNA 3D有限元素軟體依據美國FMVSS-214側撞法規建構側撞測試模型,計算人偶模型之胸部與骨盆損傷值,以評估車門防撞鋼樑設計之安全防護效果。另探討防撞鋼樑之位置、形狀及材料對乘員側撞防護影響評估,並提出防撞鋼樑之設計準則,以有效降低乘員的損傷。本論文研究成果除可建立車輛側撞安全評估分析工具外,更可提供各大車廠針對車輛側邊安全防護結構及裝置設計之參考。
ABSTRACT

Side impact collisions differ from frontal impacts, in that the occupant interacts directly with the vehicle structure. The occupant has very little protection from the striking vehicle in such collisions. There types of impacts can cause severe injury, especially to the occupant on the side the vehicle was struck. Hence, manufacturers now incorporate a wide range of safety devices and features into their vehicles. In order to satisfy the various industrial and governmental safety regulations and address consumers’ valid concerns for safety, it is necessary to develop an efficient evaluation and analysis methodology with which to examine the safety aspects of a vehicle. The industry makes extensive use of numerical crash simulations during the development of a new vehicle for both structural improvements as well as for the development of safety devices. The information provided by such investigations enables vehicle manufacturers to modify their designs appropriately in order to enhance the occupant’s safety. To confirm the effectiveness of protection equipment installed in vehicles, this study investigates the development and validation of a vehicle, movable barrier and dummy FEM model for studying interaction. Based on the Federal Motor Vehicle Safety Standard No.214 (FMVSS214), the numerical crash test model was developed to simulate a side impact accident and evaluate the effectiveness of side door beam. The crash simulations were conducted using the LS-DYNA3D finite element code. The SID dummy response measurements consisted of the thorax and pelvic accelerations. Additionally, the effects of position, shape and material of side door beam on the injuries of occupant are discussed herein. The proposed methodologies can then be used to design the side door beam and reduce the occupant’s injuries in side impact accidents. Moreover, the simulated models obtained herein give design guidelines for the vehicular structure and safety equipment needed to protect occupants.
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 viii
目錄 x
圖目錄 xiii
表目錄 xviii
符號說明 xix

第一章 緒論 1
1.1 緣起 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 本文目標 6
1.4 本文架構 8
第二章 動態側撞測試法規 13
2.1 側撞實驗人偶 14
2.2 MDB撞擊台車 15
2.3 測試車輛 15
2.4 動態側撞測試環境 16
2.5 人體損傷規範 17
第三章 LS-DYNA 3D基本理論 26
3.1 偏微分方程之空間離散法 27
3.1.1 Lagrangian描述法 27
3.1.2 Eulerian描述法 28
3.1.3 等向性彈性材料組構關係 29
3.2 LS-DYNA程式之應用 30
3.2.1 前後處理器 31
3.2.2 網格的劃分 31
3.2.3 元素之使用 32
3.2.4 材料之選用 32
3.2.5 接觸碰撞之處理 33
3.2.6 沙漏問題之處理 35
3.2.7 時間步幅控制 35
第四章 側撞測試有限元素模型之建構 39
4.1 側撞人偶有限元素模型 39
4.1.1 人偶胸部擺錘驗證 44
4.1.2 人偶骨盆擺錘驗證 46
4.2 MDB台車有限元素模型 47
4.2.1 MDB台車模型驗證 48
4.3 測試車有限元素模型 49
4.3.1 測試車模型驗證 50
4.4 全車側撞測試數值模擬 51
4.4.1 全車側撞測試模擬分析結果 52
第五章 車門抗撞性能之分析 75
5.1 車門侵入量之量測 75
5.2 車門抗撞性能分析 76
5.2.1 車門變形與侵入分析 76
5.2.2 人偶個部位加速度反應 77
5.2.3 人偶損傷之分析 79
第六章 車門防撞鋼樑之設計 ..90
6.1 鋼樑位置對乘員安全性分析 90
6.1.1 車門侵入量分析 91
6.1.2 人偶加速度反應 94
6.1.3 人偶損傷值分析 97
6.2 鋼樑形狀對乘員安全性分析 98
6.2.1 車門侵入量分析 99
6.2.2 人偶加速度反應 101
6.2.3 人偶損傷值分析 104
6.3 鋼樑材料強度對乘員安全性分析 105
6.3.1 車門侵入量分析 106
6.3.2 人偶加速度之分析 109
6.3.3 人偶損傷值分析 111
6.4 分析結果與設計 112
第七章 結論與未來展望 133
參考文獻 135

圖目錄

圖1.1 車輛發生致命撞擊之車種類型比率 [2] 10
圖1.2 車輛發生致命撞擊之型式比率 [2] 10
圖1.3 側撞事故乘員損傷部位之比率 [3] 11
圖1.4 FMVSS214準靜態車門擠壓測試示意圖 [15] 11
圖1.5 FMVSS214動態側向碰撞測試示意圖 [16] 12
圖2.1 SID人偶校正擺錘試驗示意圖 [17] 19
圖2.2 SID人偶加速規位置示意圖 [17] 19
圖2.3 MDB台車規格示意圖 [17] 20
圖2.4 MDB台車碰撞面蜂巢式結構示意圖 [17] 20
圖2.5 MDB台車蜂巢式結構裝設位置示意圖 [17] 21
圖2.6 測試車輛加速規放置位置示意圖 [17] 21
圖2.7 測試車輛量測基準線示意圖 [17] 22
圖2.8 測試車輛側邊撞擊示意圖 [17] 22
圖2.9 測試車輛撞擊之水平與垂直參考線示意圖 [17] 23
圖2.10 側面碰撞碰撞點位置示意圖 [17] 23
圖2.11 人偶於車內位置縱向參考位置圖 [17] 24
圖2.12 人偶於車內位置橫向參考位置圖 [17] 25
圖3.1 主區域與次區域示意圖示意圖 [18] 36
圖3.2 處理接觸與碰撞的步驟 [18] 36
圖3.3 點對點的概栝搜尋 [18] 37
圖3.4 搜尋半徑示意圖 [18] 37
圖3.5 四個主區域示意圖 [18] 37
圖3.6 防禦點作用力之分布 [18] 38
圖3.7 沙漏模式(a為規則變形,b、c、d均為沙漏模式)[18] 38
圖4.1 側撞實驗人偶 [24] 56
圖4.2 Word SID實驗人偶 [25] 56
圖4.3 US-SID有限元素模型 57
圖4.4 頭部模型 57
圖4.5 頸部與肩膀模型 57
圖4.6 脊椎與吸震器模型 57
圖4.7 胸部模型 57
圖4.8 腰椎模型 58
圖4.9 骨盆模型 58
圖4.10 肋骨與手臂模型 58
圖4.11 夾克模型 58
圖4.12 下肢體模型 58
圖4.13 腹部模型 58
圖4.14 LS-DYNA3D之接頭型式 [18] 59
圖4.15 人偶胸部擺錘試驗有限元素模型 60
圖4.16 人偶胸部擺錘驗證上肋骨加速度歷時圖 60
圖4.17 人偶胸部擺錘驗證下肋骨加速度歷時圖 61
圖4.18 人偶胸部擺錘驗證下脊椎加速度歷時圖 61
圖4.19 人偶骨盆擺錘試驗有限元素模型 62
圖4.20 人偶骨盆擺錘驗加速度證歷時圖 62
圖4.21 MDB台車 [26] 63
圖4.22 MDB台車有限元素模型 63
圖4.23 台車正面撞擊平面牆試驗數值模型 64
圖4.24 MDB台車重心位置速度歷時圖 64
圖4.25 Taurus側撞實車有限元素模型 65
圖4.26 Taurus實車對柱碰撞試驗數值模型 65
圖4.27 車子重心之位移歷時圖 66
圖4.28 車子重心之速度歷時圖 66
圖4.29 FMVSS-214側撞動態測試數值模型 67
圖4.30 全車側撞測試模擬之人偶動態反應 68
圖4.31 全車側撞測試SID上肋骨加速度歷時圖 69
圖4.32 全車側撞測試SID下肋骨加速度歷時圖 69
圖4.33 全車側撞測試SID下脊椎加速度歷時圖 70
圖4.34 全車側撞測試SID骨盆加速度歷時圖 70
圖5.1 車門防撞鋼樑有限元素模型 82
圖5.2 車門結構有限元素模型 82
圖5.3 車門結構位移圖 83
圖5.4 車門各部份之侵入量(t = 0.06 sec) 84
圖5.5 人偶上肋骨加速度歷時圖 84
圖5.6 人偶下肋骨加速度歷時圖 85
圖5.7 人偶下脊椎加速度歷時圖 85
圖5.8 人偶骨盆加速度歷時圖 86
圖5.9 人偶與車門動態反應(t = 0.024 sec) 86
圖5.10 車門對骨盆及胸部損傷示意圖 [27] 87
圖6.1 鋼樑與車門之相對位置示意圖 114
圖6.2 鋼樑與人偶之相對位置示意圖 115
圖6.3 不同鋼樑裝設位置之L1線上侵入量 116
圖6.4 不同鋼樑裝設位置之L2線上侵入量 116
圖6.5 不同鋼樑裝設位置之L3線上侵入量 117
圖6.6 不同鋼樑裝設位置之L4線上侵入量 117
圖6.7 不同鋼樑裝設位置之L5線上侵入量 118
圖6.8 不同鋼樑裝設位置之人偶上肋骨加速度歷時圖 118
圖6.9 不同鋼樑裝設位置之人偶下肋骨加速度歷時圖 119
圖6.10 不同鋼樑裝設位置之人偶下脊椎加速度歷時圖 119
圖6.11 不同鋼樑裝設位置之人偶骨盆加速度歷時圖 120
圖6.12 不同截面形狀之防撞鋼樑 121
圖6.13 不同形狀鋼樑之L1侵入曲線 122
圖6.14 不同形狀鋼樑之L2侵入曲線 122
圖6.15 不同形狀鋼樑之L3侵入曲線 123
圖6.16 不同形狀鋼樑之L4侵入曲線 123
圖6.17 不同形狀鋼樑之L5侵入曲線 124
圖6.18 不同形狀鋼樑之人偶上肋骨歷時圖 124
圖6.19 不同形狀鋼樑之人偶下肋骨歷時圖 125
圖6.20 不同形狀鋼樑之人偶下脊椎歷時圖 125
圖6.21 不同形狀鋼樑之人偶骨盆歷時圖 126
圖6.22 不同材料強度鋼樑之L1基準線侵入量 126
圖6.23 不同材料強度鋼樑之L2基準線侵入量 127
圖6.24 不同材料強度鋼樑之L3基準線侵入量 127
圖6.25 不同材料強度鋼樑之L4基準線侵入量 128
圖6.26 不同材料強度鋼樑之L5基準線侵入量 128
圖6.27 不同材料強度鋼樑之人偶上肋骨歷時圖 129
圖6.28 不同材料強度鋼樑之人偶下肋骨歷時圖 129
圖6.29 不同材料強度鋼樑之人偶下脊椎歷時圖 130
圖6.30 不同材料強度鋼樑之人偶骨盆歷時圖 130

表目錄

表4.1 吸震器阻尼比相依函數 [21] 71
表4.2 側撞人偶驗證各部位加速度峰值 71
表4.3 人偶車內位置橫向參考尺寸 [20] 72
表4.4 人偶車內位置橫向參考尺寸 [19] 73
表4.5 座椅參考角度示意圖 [19] 73
表4.6 全車側撞測試人體損傷值 74
表5.1 車門侵入量之量測位置 88
表5.2 人偶損傷值比較表 89
表6.1 防撞鋼樑於不同位置之人偶損傷值比較表 131
表6.2 不同形狀防撞鋼樑之人偶損傷值比較表 131
表6.3 不同降服強度材料表 132
表6.4 不同降服強度防撞鋼樑之人偶損傷比較表 132
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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