基于行人安全的汽车保险杠薄壁填充结构优化与创新设计研究.docxVIP

基于行人安全的汽车保险杠薄壁填充结构优化与创新设计研究

一、引言

1.1研究背景

随着全球经济的快速发展和城市化进程的加速，汽车行业取得了前所未有的进步。汽车保有量持续攀升，在为人们出行和货物运输带来极大便利的同时，也引发了一系列严峻的交通安全问题。其中，行人在交通事故中受到的伤害尤为突出，已成为全球关注的焦点。

根据世界卫生组织（WHO）发布的《2023年全球道路安全现状报告》显示，每年全球约有135万人死于道路交通事故，而行人在这些事故中的伤亡比例相当高，约占总死亡人数的22%。在中国，行人交通事故的形势同样不容乐观。据中国公安部交通管理局统计数据表明，2022年全国涉及行人的道路交通事故造成了2.1万行人死亡，6.8万行人受伤。这些冰冷的数据背后，是无数家庭的破碎和难以愈合的伤痛，行人安全问题已成为亟待解决的社会难题。

在行人与汽车发生碰撞的事故中，保险杠作为车辆与行人接触的首个部件，其性能对行人的伤害程度起着关键作用。保险杠不仅能够在碰撞时吸收和分散部分冲击力，还能通过合理的结构设计和材料选择，有效缓解对行人腿部、尤其是小腿的撞击力，从而降低行人受伤的风险和严重程度。相关研究表明，设计优良的保险杠可以将行人腿部受伤的概率降低30%-50%，对行人的安全保护意义重大。

目前，汽车保险杠的设计和制造正朝着更加安全、高效、环保和智能化的方向发展。然而，在行人保护方面，仍然存在诸多挑战和问题。一方面，现有的保险杠结构和材料在应对复杂的碰撞场景时，其吸能和缓冲效果还有提升空间，难以充分满足日益严格的行人保护法规和标准要求；另一方面，随着汽车技术的不断创新，如新能源汽车的普及、自动驾驶技术的发展等，对保险杠的行人保护性能提出了新的、更高的要求。因此，深入研究面向行人保护的保险杠薄壁填充结构，对于提高汽车的行人保护性能、减少行人交通事故伤亡具有重要的现实意义和迫切需求。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究面向行人保护的保险杠薄壁填充结构，通过理论分析、数值模拟和实验研究等多手段，优化结构设计与材料选择，提升保险杠在行人碰撞时的保护性能。具体而言，研究目的包括：剖析现有保险杠薄壁填充结构在行人保护方面的不足，明确影响其性能的关键因素；基于力学原理和碰撞理论，构建保险杠薄壁填充结构的优化设计模型，探寻最佳的结构参数和材料组合；借助数值模拟技术，对不同设计方案下保险杠的行人保护性能进行预测与评估，为实验研究提供理论依据；开展实验研究，验证数值模拟结果的准确性，进一步优化设计方案，形成具有实际应用价值的保险杠薄壁填充结构设计方法和技术。

本研究具有重要的理论与现实意义。理论上，丰富和完善汽车保险杠行人保护的相关理论与方法，为后续研究提供参考；揭示薄壁填充结构在行人碰撞过程中的力学响应机制和能量吸收规律，拓展结构动力学和材料力学在汽车安全领域的应用。实践中，提高保险杠的行人保护性能，降低行人在交通事故中的伤亡风险，具有显著的社会效益；填补国内在面向行人保护的保险杠薄壁填充结构研究方面的空白，提升我国在汽车安全技术领域的自主创新能力和国际竞争力；研究成果可为汽车生产企业的保险杠设计和制造提供技术支持，推动汽车行业的可持续发展，助力制定和完善相关行业标准和法规，规范汽车产品的行人保护性能要求，促进整个汽车行业的健康发展。

1.3国内外研究现状

随着汽车保有量的增加，行人安全问题日益受到关注，保险杠薄壁填充结构作为提高行人保护性能的关键因素，成为了国内外学者研究的热点。以下将从保险杠薄壁填充结构的材料、结构形式以及行人保护性能评估方法等方面对国内外研究现状进行综述。

在材料研究方面，国外起步较早且取得了丰富成果。美国橡树岭国家实验室的研究人员通过对多种新型复合材料的研发与测试，发现碳纤维增强复合材料在具有高比强度和高比模量的同时，能够在碰撞时有效吸收能量，显著提升保险杠的吸能效率和行人保护性能，相关成果已应用于部分高端汽车品牌的保险杠设计中。欧洲的一些研究机构则致力于开发新型泡沫材料，如德国弗劳恩霍夫协会开发的一种新型开孔泡沫材料，其独特的微观结构使其具有良好的吸能特性和缓冲性能，在行人碰撞时能更好地保护行人腿部，降低受伤风险。

国内在材料研究方面也紧跟国际步伐。清华大学的科研团队对新型高分子材料进行了深入研究，通过分子结构设计和改性，制备出了具有优异力学性能和吸能特性的高分子材料，有望应用于保险杠薄壁填充结构，提高行人保护效果。此外，一些国内汽车企业与高校、科研机构合作，开展了针对保险杠材料的产学研项目，加速了新型材料的研发和应用进程。

在结构形式研究方面，国外学者提出了多种创新结构。日本学者通过对蜂窝结构的优化设计，开发出一种新型六边形蜂窝结构，该结构在保证轻量化的同时，能够在碰撞过程中实现多级吸能，有效