[科普中國]-車輛沖擊波

沖擊波是指由于物體的高速運動或爆炸， 在介質 (如空氣、水等) 中引起強烈壓縮并以超聲速度傳播的壓力波。車輛沖擊波有兩種解釋：一是指車輛自身能抵抗的沖擊波毀傷能力；而是指車輛本身高速運行或爆炸所所產生的壓力波。

簡介車輛沖擊波是車輛安全性能研究的重要內容，車輛沖擊波簡單來說車輛自身或外界產生的沖擊波對車輛和車輛駕駛人員的損傷，摸清其沖擊波作用下的損傷規(guī)律，進而對車輛自身結構進行優(yōu)化，提高車輛自身的安全性能。

沖擊波沖擊波（shock wave）是一種不連續(xù)峰在介質中的傳播，這個峰導致介質的壓強、溫度、密度等物理性質跳躍式改變。其傳遞的速度比音速更快。由氫和氧結合時產生的爆炸，其速度達到音速的9倍。根據(jù)這種因爆炸而產生的沖擊波叫前進沖擊波。另一種是置于超音速氣流中的物體，周圍因壓力和密度變化的影響集中在一個波陣面上而形成的沖擊波，這種形式的沖擊波叫停止沖擊波。沖擊波靠音速迅速傳遞，當沖擊波很小時與音速相等，這時的沖擊波又稱“馬赫波”。沖擊波從發(fā)生源開始進行傳遞，到某一距離就成了馬赫波。在沖擊波的前后其氣流的速度、壓力、密度和溫度等會引起劇烈的變化。在沖擊波陣面后出現(xiàn)的高溫和高壓，是殺傷和破壞的主要因素。炸藥在空氣中爆炸時起破壞作用的主要是空氣沖擊波，離爆炸中心愈近破壞愈強烈，但作用面積較??；離爆炸中心愈遠，破壞作用愈小，但作用面積大。沖擊波的破壞作用可用三個特征量來衡量，即波陣面上的壓力、 沖擊波持續(xù)時間和比沖量 (壓力與時間的乘積)。

車身結構優(yōu)化駕駛室結構的優(yōu)化分析的研究，最重要的意義在于對駕駛室的整體剛度、強度進行提高，找出駕駛室結構上不合理W及局部薄弱的區(qū)域，有針對性的進行加強，使得駕駛室的整體剛度、強度性能有顯著的提升，并且能夠有效控制駕駛室整體的重量。車身結構性能優(yōu)化是現(xiàn)代車輛結構優(yōu)化的分支?，F(xiàn)代結構優(yōu)化，最主要有兩大類：數(shù)值優(yōu)化與計算機優(yōu)化，其主要研究工作同時運用數(shù)學規(guī)劃理論與力學分析方法，利用高效的分析方法和軟件，對受各類條件約束的結構優(yōu)化問題進行求解。傳統(tǒng)的結構設計主要流程：首先，設計人員根據(jù)其自身經驗給出設計方案；隨后用力學理論對初始設計方案進行分析、校核，若方案未能達到設計要求，則必須重新對設計作出調整，再次重復分析、校核工作，直至達到設計要求，能夠滿足各類約束條件條件。由此可W看出傳統(tǒng)結構設計方法的弊端，首先對設計人員有較高要求，需要設計人員有足夠豐富的設計經驗，整個過程周期長、費用高、效率低，并且得到的僅能得到可行方案，多數(shù)情況下不是最優(yōu)設計。隨著各類學科的發(fā)展和工程結構復雜度的增加，越來越迅速的更新?lián)Q代產品，相應的，對于結構設計來說，設計要求、設計速度都在不斷提高，傳統(tǒng)的設計與優(yōu)化方法不能滿足發(fā)展的要求。優(yōu)化設計采用數(shù)學手段，在滿足設計要求的前提下，不僅能夠而縮短設計周期和提高設計質量，更能夠迅速對市場需求做出反應隨著計算機輔助設計和分析技術的迅速發(fā)展，以有限元技術為基礎，引入數(shù)學模型與各種優(yōu)化理論，使得優(yōu)化設計方法無論是效率上還是質量上，都有了大幅提升。從研究層次上看，有尺寸優(yōu)化問題、形狀優(yōu)化問題及材料選擇、拓撲優(yōu)化問題；從研究復雜性來看，己經從最簡單的骨架結構擴展到梁、板、殼等具有多種元素構成的復雜結構。車身因其用途和結構具有特殊性，通常選擇H類優(yōu)化變量：設計變量，主要是車身的結構設計參數(shù)，例如板的長度、寬度和厚度等，通過控制這些變量達到車身性能要求；狀態(tài)變量，車身在特定工況下的結構響應，如加速度、位移等。目標函數(shù)即為需要進行優(yōu)化的量，例如車身的一階模態(tài)、剛度等1。

本詞條內容貢獻者為:

周敏 - 副教授 - 西南大學