[科普中国]-车辆冲击波

冲击波是指由于物体的高速运动或爆炸， 在介质 (如空气、水等) 中引起强烈压缩并以超声速度传播的压力波。车辆冲击波有两种解释：一是指车辆自身能抵抗的冲击波毁伤能力；而是指车辆本身高速运行或爆炸所所产生的压力波。

简介车辆冲击波是车辆安全性能研究的重要内容，车辆冲击波简单来说车辆自身或外界产生的冲击波对车辆和车辆驾驶人员的损伤，摸清其冲击波作用下的损伤规律，进而对车辆自身结构进行优化，提高车辆自身的安全性能。

冲击波冲击波（shock wave）是一种不连续峰在介质中的传播，这个峰导致介质的压强、温度、密度等物理性质跳跃式改变。其传递的速度比音速更快。由氢和氧结合时产生的爆炸，其速度达到音速的9倍。根据这种因爆炸而产生的冲击波叫前进冲击波。另一种是置于超音速气流中的物体，周围因压力和密度变化的影响集中在一个波阵面上而形成的冲击波，这种形式的冲击波叫停止冲击波。冲击波靠音速迅速传递，当冲击波很小时与音速相等，这时的冲击波又称“马赫波”。冲击波从发生源开始进行传递，到某一距离就成了马赫波。在冲击波的前后其气流的速度、压力、密度和温度等会引起剧烈的变化。在冲击波阵面后出现的高温和高压，是杀伤和破坏的主要因素。炸药在空气中爆炸时起破坏作用的主要是空气冲击波，离爆炸中心愈近破坏愈强烈，但作用面积较小；离爆炸中心愈远，破坏作用愈小，但作用面积大。冲击波的破坏作用可用三个特征量来衡量，即波阵面上的压力、 冲击波持续时间和比冲量 (压力与时间的乘积)。

车身结构优化驾驶室结构的优化分析的研究，最重要的意义在于对驾驶室的整体刚度、强度进行提高，找出驾驶室结构上不合理W及局部薄弱的区域，有针对性的进行加强，使得驾驶室的整体刚度、强度性能有显著的提升，并且能够有效控制驾驶室整体的重量。车身结构性能优化是现代车辆结构优化的分支。现代结构优化，最主要有两大类：数值优化与计算机优化，其主要研究工作同时运用数学规划理论与力学分析方法，利用高效的分析方法和软件，对受各类条件约束的结构优化问题进行求解。传统的结构设计主要流程：首先，设计人员根据其自身经验给出设计方案；随后用力学理论对初始设计方案进行分析、校核，若方案未能达到设计要求，则必须重新对设计作出调整，再次重复分析、校核工作，直至达到设计要求，能够满足各类约束条件条件。由此可W看出传统结构设计方法的弊端，首先对设计人员有较高要求，需要设计人员有足够丰富的设计经验，整个过程周期长、费用高、效率低，并且得到的仅能得到可行方案，多数情况下不是最优设计。随着各类学科的发展和工程结构复杂度的增加，越来越迅速的更新换代产品，相应的，对于结构设计来说，设计要求、设计速度都在不断提高，传统的设计与优化方法不能满足发展的要求。优化设计采用数学手段，在满足设计要求的前提下，不仅能够而缩短设计周期和提高设计质量，更能够迅速对市场需求做出反应随着计算机辅助设计和分析技术的迅速发展，以有限元技术为基础，引入数学模型与各种优化理论，使得优化设计方法无论是效率上还是质量上，都有了大幅提升。从研究层次上看，有尺寸优化问题、形状优化问题及材料选择、拓扑优化问题；从研究复杂性来看，己经从最简单的骨架结构扩展到梁、板、壳等具有多种元素构成的复杂结构。车身因其用途和结构具有特殊性，通常选择H类优化变量：设计变量，主要是车身的结构设计参数，例如板的长度、宽度和厚度等，通过控制这些变量达到车身性能要求；状态变量，车身在特定工况下的结构响应，如加速度、位移等。目标函数即为需要进行优化的量，例如车身的一阶模态、刚度等1。

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学