学生姓名

二级

学院

汽车与能源学院

学    号

专业班级

题

目

汽车防撞梁优化设计

指导教师

一、 设计的目的与意义

1. 设计目的

本次设计以宇通 ZK6122H9 型客车为具体研究对象，旨在开展前防撞梁的优化设计研究。当前，客车在道路交通中扮演着重要的角色，然而由于其质量大、行驶速度较快，在发生碰撞事故时，往往会造成较为严重的人员伤亡和财产损失。前防撞梁作为客车被动安全系统的重要组成部分，其性能直接关系到碰撞发生时对车内乘员的保护效果。

通过运用 SolidWorks、Hyper mesh、LS - DYNA 等专业软件，建立该型客车前防撞梁系统的三维模型并进行碰撞仿真分析，获取碰撞过程中的形变和能量变化数据。基于这些数据，深入剖析现有前防撞梁存在的问题，如横梁纵梁传导力不足、横梁易出现翘曲和扭转变形、纵梁变形不确定等。进而提出针对性的优化改进方案，如加装传导结构、改变连接与焊点处理方式、添加诱导槽以及应用高强度双相钢 DP590 等，使前防撞梁在符合安全法规的前提下，拥有更理想的碰撞效果，提高客车的被动安全性。

2. 设计意义

从理论层面来看，本次设计丰富了客车前防撞梁优化设计的理论体系。目前，虽然已有不少关于汽车防撞梁的研究，但针对宇通 ZK6122H9 型客车这一特定车型的深入研究相对较少。通过本次设计，可以进一步探索该型客车前防撞梁在碰撞过程中的力学特性和能量吸收机制，为后续相关研究提供参考和借鉴。同时，在优化设计过程中所采用的方法和技术，如多软件联合仿真分析、基于仿真结果的优化策略等，也为其他车型的防撞梁设计提供了方法上的指导。

从实践层面而言，具有极其重要的现实意义。随着人们对交通安全重视程度的不断提高，对客车安全性能的要求也日益严格。优化前防撞梁设计，能够有效提升宇通 ZK6122H9 型客车在碰撞事故中的安全性，减少人员伤亡和财产损失，保障乘客的生命安全。这不仅有助于提升宇通客车的产品竞争力和品牌形象，还能为整个客车行业的安全技术发展起到积极的推动作用，促进我国客车行业向更高水平迈进。

二、设计的主要内容和拟解决的问题

1. 设计主要内容

本次设计围绕宇通 ZK6122H9 型客车前防撞梁展开全面且深入的研究。首先，借助 SolidWorks 软件，依据该客车的实际结构参数，精准构建车架保险杠前防撞梁系统的三维模型，为后续分析奠定基础。随后，运用 Hyper mesh 对模型进行细致的网格划分等预处理操作，确保模型在仿真分析中的准确性和可靠性。接着，采用 LS - DYNA 软件对原始模型、结构改进模型以及材料改进后的三个模型进行 100%完全正面碰撞仿真计算，获取碰撞过程中的形变变化和能量变化数据。在此基础上，利用 Hyper view 和 LS - PrePost 对仿真结果进行后处理，深入分析前防撞梁的碰撞特性。最后，针对分析中发现的问题，提出一系列优化改进方案，如加装传导结构、改变连接与焊点处理方式、添加诱导槽以及应用高强度双相钢 DP590 等，并对优化后的模型再次进行仿真验证，确保优化效果达到预期。

2. 拟解决的问题

当前宇通 ZK6122H9 型客车前防撞梁存在一些亟待解决的问题。在碰撞过程中，横梁和纵梁在传导冲击力时，仅依靠自身结构难以完整平顺地传递撞击力，影响能量吸收效果；横梁易出现翘曲和扭转变形，降低对碰撞力的抵御能力；纵梁变形存在不确定性因素，可能导致碰撞时能量吸收不均匀。此外，现有材料在吸能速度和变形控制方面存在不足，无法在保证安全的前提下实现更优的碰撞性能。本次设计旨在通过系统研究和优化改进，解决上述问题，提升该型客车前防撞梁的综合性能。

三、设计的重点与难点

1. 设计重点

本次设计的重点在于精准构建宇通 ZK6122H9 型客车前防撞梁的仿真模型，并确保其能真实反映实际结构特性。这要求对客车的各个部件尺寸、连接方式等细节进行精确测量和模拟，任何一个微小误差都可能影响后续碰撞仿真结果的准确性。同时，对碰撞仿真过程进行细致分析是另一重点。要全面获取不同时刻、不同部位的形变和能量数据，深入剖析前防撞梁在碰撞中的力学行为和能量吸收机制，从而准确找出其存在的问题。此外，提出切实可行且有效的优化改进方案也是重点，需综合考虑结构、材料等多方面因素，确保优化后的前防撞梁在安全性、经济性和可行性上达到平衡。

2. 设计难点

设计难点首先在于碰撞仿真的复杂性。客车碰撞是一个涉及多物理场、多因素相互作用的动态过程，仿真过程中需要精确设置众多参数，如材料属性、边界条件等，参数设置稍有偏差，结果就会大相径庭。其次，准确评估优化方案的效果具有挑战性。不同优化措施相互影响，难以预测它们组合后的实际效果，需通过大量反复的仿真实验和对比分析来确定最佳方案。而且，在保证前防撞梁性能提升的同时，还要兼顾成本控制和制造工艺的可行性，如何在众多约束条件下找到最优解，是本次设计面临的又一难题。

四、设计拟采用的方法、步骤、技术路线（或主要措施）

1. 方法

本次设计综合运用多种方法开展研究。在建模方面，采用三维建模软件 SolidWorks，依据宇通 ZK6122H9 型客车的实际尺寸和结构，精确构建前防撞梁系统三维模型，确保模型与实际高度一致。仿真分析运用 LS - DYNA 软件，它擅长处理碰撞等非线性动态问题，能准确模拟碰撞过程。数据处理借助 Hyper view 和 LS - PrePost 软件，对仿真结果进行可视化处理，直观呈现形变和能量变化。优化设计时，采用理论分析与实验验证相结合的方法，依据力学原理提出优化方案，再通过仿真实验验证其有效性。

2. 步骤

首先，收集宇通 ZK6122H9 型客车的相关资料，包括结构图纸、技术参数等，为建模做准备。接着，使用 SolidWorks 建立前防撞梁系统三维模型，并导入 Hyper mesh 进行网格划分等预处理。然后，运用 LS - DYNA 进行 100%完全正面碰撞仿真计算，获取原始数据。利用 Hyper view 和 LS - PrePost 对数据进行后处理，分析前防撞梁的碰撞特性，找出存在的问题。根据分析结果，提出优化改进方案，对优化后的模型再次进行仿真验证。最后，对比优化前后的仿真结果，评估优化效果，形成最终设计方案。

3. 技术路线

以实际客车为蓝本，从资料收集与模型构建入手，构建起研究的基础框架。通过专业软件进行碰撞仿真，获取关键数据，这是技术路线的核心环节。对数据进行深入分析，挖掘前防撞梁的潜在问题，为优化提供方向。依据分析结果，从结构、材料等方面提出优化措施，形成多个优化方案。对优化方案进行仿真验证，通过不断调整和改进，筛选出最优方案。整个技术路线形成一个闭环，从问题发现到方案优化，再到效果验证，逐步推进，确保设计目标的实现。

五、设计的进度计划

1.2025年10月18日—2025年11月24日：完成开题资料收集、任务分析、可行性分析等工作，撰写开题报告，按要求提交任务书、开题报告等。

2.2025年11月25日—2026年3月23日：开展毕业设计及说明书撰写工作，完成初稿；

3.2026年3月24日—2026年4月7日：修改完善毕业设计，提交毕业设计终稿；

4.2026年4月8日—2026年5月23日：完成毕业设计的查重检测，根据查重结果修改和完善毕业设计，参加毕业设计答辩，按答辩专家提出的修改意见进行修改、补充和完善，并提交修改后的最终毕业设计，上传系统。

六、参考文献与设计依据

1.参考文献

[1] 陈红辉.试论汽车前防撞梁低速碰撞性能分析及优化设计[J].时代汽车, 2021.DOI:10.3969/j.issn.1672-9668.2021.24.062.

[2] 黄文舜.汽车前防撞梁低速碰撞性能分析及优化设计[D].华南理工大学,2019.

[3] 肖罡,郭鹏程,项忠珂,等.汽车铝合金前防撞梁截面的有限空间优化设计[J].塑性工程学报, 2023, 30(8):146-155.

[4] 徐森.玄武岩纤维前防撞梁结构优化设计[D].吉林大学,2022.

[5] 赵世婧、樊继红、王贞涛.基于正面碰撞汽车前纵梁结构优化设计分析[J].机械设计与制造, 2020(12):4.

[6] 赵世婧,樊继红,王贞涛.基于正面碰撞汽车前纵梁结构优化设计分析[J].机械设计与制造, 2020(012):000.

[7] 王刚刚,张海波,张西富,等.轿车改型开发中耐撞性及轻量化的研究[J].汽车工程学报, 2020, 10(3):5.DOI:CNKI:SUN:QCYK.0.2020-03-006.

[8] 任明伟,洪治国,周玉敬,等.复合材料防撞梁低速碰撞优化设计[J].复合材料学报, 2022, 39(2):9.DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20210420.001.

[9] 肖罡,郭鹏程,项忠珂,等.汽车铝合金前防撞横梁服役性能仿真及优化设计[J].塑性工程学报, 2023, 30(7):159-166.

[10] 刘志文,李落星,符纯明,等.薄壁中空型材分流模挤压缺陷产生机理及出口流速精确控制[J].中国有色金属学报, 2021, 31(4):14.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-39670.

[11] 刘云刚王鹏曹海龙夏广明井琦田宇兴.高强度铝合金型材防撞梁碰撞性能研究[J].汽车工艺与材料, 2022(10):7-11.

[12] 邓利军,王书贤,杨芳庆.汽车前防撞梁的耐撞性与轻量化优化设计[J].现代制造工程, 2021.DOI:10.16731/j.cnki.1671-3133.2021.08.009.

[13] 孙佳睿.复合材料/金属车门防撞梁的侧面抗撞性分析及优化[D].上海工程技术大学,2020.

[14] 王爽,王登峰.灰色关联及熵权法对碳纤维增强树脂复合材料防撞梁的耐撞性优化设计[J].复合材料学报, 2020, 37(2):11.DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20190506.001.

[15] 朱孙科,陈历,倪颖倩,等.基于NSGA-II的复合材料防撞梁碰撞损伤多目标优化[J].塑性工程学报, 2024(002):031.

[16]  Heng L , Nan W , Xingyu T ,et al.Design and Optimization of Casting System for Integrated Longitudinal Beam and Tower Package Based on Al-Si Alloy[J].Advances in Science & Technology Research Journal, 2024, 18(3).DOI:10.12913/22998624/186012.

[17] smail ztürk, Kaya B S .Effect of heat-treatment on crash performance in bumper beam and crash box design and optimization of the system[J].Materials Testing, 2022, 64:768 - 779.DOI:10.1515/mt-2021-2134.

[18]  Cai C , Yuan X , Zhang Y J A .RIS Partitioning Based Scalable Beamforming Design for Large-Scale MIMO: Asymptotic Analysis and Optimization[J].arXiv e-prints, 2022.DOI:10.48550/arXiv.2203.08377.

2.设计依据

本设计依据道路交通安全法规对客车安全性能的严格要求，参考国内外汽车防撞梁先进研究成果。结合宇通 ZK6122H9 型客车实际结构与运行工况，运用多学科理论及专业软件，开展前防撞梁优化设计。

七、指导教师意见

指导教师签字：                      年      月      日

八、系（室）意见

同意开题

（室）主任签字：                      年      月      日