【摘要】：工程車輛指應(yīng)用于礦山、建筑、水利和筑路等領(lǐng)域的非公路行走機(jī)械,包括工業(yè)拖拉機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、挖掘裝載機(jī)和自卸汽車等。工程車輛由于行駛地面復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣,翻車事故難以避免。工程車輛的翻車事故一旦發(fā)生,將會(huì)對(duì)司機(jī)造成致命傷害。 為了保障司機(jī)的生命安全,目前國(guó)際通用的方法是在工程車輛上安裝翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能提出了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)要求。然而實(shí)踐證明,滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)并不能保證翻車時(shí)司機(jī)的生命安全。工程車輛翻車是一個(gè)動(dòng)態(tài)沖擊過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中,造成司機(jī)傷亡的原因主要有以下幾點(diǎn)：1)保護(hù)結(jié)構(gòu)和地面撞擊太大,導(dǎo)致加速度過(guò)大,人體傷害指數(shù)超過(guò)人體耐沖擊域值；2)碰撞中回彈劇烈,導(dǎo)致人與車內(nèi)物體反復(fù)碰撞,惡化司機(jī)傷害程度；3)司機(jī)室變形太大,司機(jī)被擠壓,難以施救,使司機(jī)重傷死亡。司機(jī)的損傷程度取決于和地面接觸碰撞系統(tǒng)的柔度、司機(jī)和車體間的約束以及保護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)僅能夠避免第3種情況。此外,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)不能給司機(jī)提供足夠的緩沖。 本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“非公路車輛翻車安全技術(shù)研究”(No.50775095)和國(guó)家"863"項(xiàng)目：“工程車輛安全性數(shù)字化試驗(yàn)平臺(tái)”(No.2007AA04Z126),采用可視化計(jì)算機(jī)模擬和物理樣機(jī)試驗(yàn)方法,對(duì)翻車后人體的損傷程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估,對(duì)新型緩沖吸能翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。 在國(guó)內(nèi)外工程車輛翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、汽車碰撞安全、機(jī)車碰撞安全研究成果基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、大變形非線性有限單元法、碰撞生物力學(xué)、測(cè)試及傳感技術(shù)及材料學(xué)等多學(xué)科知識(shí),以司機(jī)—車輛—地面環(huán)境構(gòu)成的系統(tǒng)為研究對(duì)象,以人體損傷程度為評(píng)價(jià)指標(biāo),建立了工程車輛翻車事故模擬的虛擬樣機(jī)。進(jìn)行了典型工程車輛在規(guī)定坡道和地面條件下傾翻過(guò)程的數(shù)值模擬,對(duì)人體響應(yīng)、結(jié)構(gòu)吸能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度以及緩沖時(shí)間等進(jìn)行全面仿真,提取人體響應(yīng)及車體各部分受力和動(dòng)態(tài)響應(yīng),得到車體參數(shù)、座椅參數(shù)、安全帶約束形式、地面參數(shù)以及翻車保護(hù)裝置吸能和支撐方式對(duì)人體損傷的影響,對(duì)人體損傷情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。 在工程車輛翻車過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)性能要求,提出一種基于人體損傷的翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法從司機(jī)保護(hù)的角度出發(fā),以事故再現(xiàn)的方式來(lái)分析車輛翻車事故中,司機(jī)與車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和損傷狀況,并以此為依據(jù)進(jìn)行翻車保護(hù)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)。 提出了由緩沖吸能元件和金屬框架結(jié)構(gòu)組成的新型保護(hù)結(jié)構(gòu)概念。在傳統(tǒng)框架式翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝緩沖吸能元件既能夠吸收大量滾翻產(chǎn)生的動(dòng)能,又能夠減少翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)自身的變形量,從而解決了剛度要求和吸能要求的矛盾,并且緩沖吸能元件可以大幅削弱保護(hù)結(jié)構(gòu)與地面第一次碰撞造成加速度峰值。從能量吸收、最大碰撞載荷和結(jié)構(gòu)輕量設(shè)計(jì)的角度出發(fā),將孔缺陷引導(dǎo)變形的薄壁直方管引入翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)優(yōu)化理論和代理模型,將有限元分析,試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面法以及遺傳算法多種手段相結(jié)合,對(duì)孔缺陷引導(dǎo)變形的薄壁直方管進(jìn)行多目標(biāo)抗撞性優(yōu)化分析,得到翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。 本文研究成果將目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能要求由靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提高到動(dòng)態(tài)翻車人體損傷要求,將目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)結(jié)構(gòu)、安全帶等單獨(dú)考核試驗(yàn)提高到將人-機(jī)-環(huán)境一體化試驗(yàn),發(fā)展了工程車輛安全設(shè)計(jì)方法,對(duì)于保障工程車輛司機(jī)生命安全、提高我國(guó)在工程車輛市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力均有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH243

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2791896