随着冲突性质的改变,越野汽车在使用中受到的威胁也在发生改变,来自底部的简易爆炸装置(Improvised Explosive Device,IED)爆炸冲击,是越野汽车任务期间面临的重要威胁之一。底部防护对提高越野汽车的生存性和对车内乘员形成有效保护有着重要的意义,是当前越野汽车领域研究的重要方向之一。车辆底部防护性能评价、车辆底部防护性能全要素仿真分析及试验研究、车辆底部防护结构优化设计等是越野汽车底部防护研究与发展的基础,对这些关键技术进行研究有着较强的实际应用及学术价值。本文以某型越野汽车为研究对象,采用资料分析、理论研究、有限元模拟仿真和实车试验相结合的方法,对车辆底部防护性能评价与结构优化进行了系统研究。本课题工作内容及创造性成果主要有:(1)系统总结了车辆底部防护技术研究、基于数字仿真的防护能力分析与结构优化、车辆底部防护能力评价、防护策略及其应用、主要车辆底部防护技术措施及能力现状;提出了越野汽车底部防护技术研究重点,并根据车辆的不同使用用途,提出了不同类型越野汽车底部防护性能要求及技术措施建议。(2)根据底部爆炸冲击对车辆及其内部乘员造成损伤的特点,结合车辆生存性和乘员保护相关要求;参考国内外相关技术标准,提出了基于车辆战场生存性和乘员保护能力的底部防护性能评价指标体系,并研究确定了相关指标要求,同时对车辆底部防护性能评价试验方法进行了研究,对本文研究试验测试所用爆炸物替代品、采集数据参数及仪器设备选用进行了规范,可用于越野汽车防护性能指标确定和鉴定试验中防护性能评价。(3)结合爆炸冲击场仿真模型和驾驶室结构件响应、乘员伤害分析等要求,利用多物质单元与流固耦合算法,建立了基于爆炸、车辆、乘员全要素仿真方法的底部爆炸仿真模型;利用该模型对爆炸冲击波作用下车辆底部结构和车内乘员响应进行了分析研究。通过不同规格爆炸物替代品进行实车爆炸试验,测得了车身底部各测量点的超压峰值、车辆结构破坏形态及混合Ⅲ型乘员替代装置响应数据,评价了该车辆的底部防护能力;通过对比试验结果与仿真结果发现两者吻合度较高,验证了全要素仿真方法的科学性,可用于对车辆底部防护性能进行预测。(4)分析了爆炸物当量、材料厚度、材料特性参数对均质防护构件耐爆炸冲击性能的影响,找到了车辆驾驶室地板防护性能的敏感区域和敏感参数;分析了V型底部结构、三明治吸能结构及乘员约束系统的拓扑、结构和材料参数,得到了车身底部构型及乘员约束系统各设计变量与目标响应间的函数关系;以整车安全和乘员安全为目标,通过多参数优化策略对模型车辆底部防护结构进行了优化设计,该型车辆底部防护性能得到了有效提升。