车顶抗压强度分析报告

车顶抗压强度分析报告
1.概述
1.1汽车车顶抗压
汽车在高速公路行驶时若发生翻滚事故，将会对乘员造成致命的伤害。

为了保护乘员的安全，一方面要依靠车内的安全设施，另一方面也要依靠汽车顶部结构件的抵抗变形的能力。

若汽车顶部结构件强度不够，滚翻时车顶受到来自于地面的巨大冲击载荷作用，将会产生较大的变形，从而对车内的乘员造成伤害。

因此有必要对车顶的抗压强度进行分析。

1.2使用软件说明
目前，在关于汽车碰撞安全性的研究方法中，使用比较成熟的是多刚体动力学法。

在仿真模拟汽车碰撞时，目前广泛使用的计算机仿真软件有MADYMO、LS-DYNA、PAM-CRASH等。

由于仿真软件MADYMO能够将多体动力学和有限元相互结合计算，且模型建立过程较为简单，节约时间，且仿真结果精确，本文将利用多刚体软件MADYMO研究正面偏置碰撞驾驶员的安全性。

MADYMO软件介绍
荷兰TNO道路设计车辆研究院于1975年通过结合多体动力学（MB-Multi Body）和显式动态有限元（FE）研发出多体动力学软件MADYMO（Mathematical Dynamic Model），结构如错误!未找到引用源。

所示。

由于该软件建模容易、计算快捷、仿真精确，广泛应用于各种交通事故和研究汽车碰撞过程中乘员行为表现的分析。

MADYMO建立的模型一般包括几个系统，这些系统又包括多刚体和有限元部分。

多刚体模块用于汽车内外饰结构、动力系统、驱动系统等模型的建立，主要用于汽车宏观结构的模拟。

有限元模块用于汽车气囊和座椅等汽车碰撞时对人体安全有影响的变形部件的建模。

模型中还有一些部件由多刚体模块和有限元模块的耦合组成，如混合式安全带是多刚体部分和与假人身体接触的有限部分两部分组成。

MADYMO软件包含最全面且都经过严格验证的假人库，这也是MADYMO 和其他计算机仿真软件相比最大的优势之一，正确的假人模型可以更好的模拟汽车碰撞过程中乘员的运动行为，仿真结果更加接近真实数值。

假人模拟分为正碰假人、侧碰假人和鞭打假人三大类。

1.3相关力学理论
显示求解法是madymo中主要的求解方法。

用于分析大变形、瞬态问题、非线性动力学问题等。

对于非线性分析，显示求解法有一些基本的特点，如：块质量矩阵需要简单的转置；方程非耦合，可以直接求解；无须转置刚度矩阵，所有的非线性问题（包括接触）都包含在内力矢量中；内力计算是主要的计算部分；无效收敛检查；保存稳定状态需要小的时间步。

2.前处理
2.1模型简化
针对整车进行顶部抗压仿真分析，由于在车顶静态压溃试验中车辆底盘的运动关系建模准确性对仿真结果影响较小，因此此次仿真去掉动力总成部件、传动系统部件、转向系统部件的有限元模型。

实际中风挡结构为多层玻璃和塑料粘膜的复合结构，模拟起来较为困难，因此本文忽略前后挡风玻璃部件。

同时为了减少仿真计算时间，建模时还忽略了前后排座椅部件、前后保险杠塑料部件、车窗玻璃、行驶系统部件等。

因为不同类型的CAE分析的工况不同，但是所用到部件的网格基本相同。

所以首先现将模型进行网格划分，然后根据不同工况分别进行CAE模型的建立。

将整车三维模型导入HyperMesh软件，选择import面板下的autodetect选项。

根据分析工况，将模型进行简化，选择性删掉螺栓、玻璃、发动机、传动系统等部分。

选用topo模式显示，对模型的每个component的部件进行简化，去掉小孔、倒角等
车体模型的大部分都是钣金件，对钣金件的部件抽取中面。

选择已经处理好的comp进行网格划分，一般进行自动统一划分。

对于形状较为复杂的部分分别
划分。

将每个comp的网格进行划分，选择quality对于质量差的网格进行网格优化。

利用spotweld模拟不同部件之间的螺栓连接和钣金边缘的接触。

2.2模型建立
将简化后的模型导入Hypermesh中，在Hypermesh中完成网格划分及连接关系。

在madymo中完成材料参数的确定。

网格通过建立刚性墙对车顶进行准静态的加载，并按照国标要求试验时将车
辆刚性固定在刚性水平面上，并将其固定住，在本文的仿真模型中约束纵梁的六个自由度，加载装置采用六面体刚性墙，并使刚性墙在0.254s 内匀速加载127mm。

为了研究车身结构对顶部抗压强度的影响分析车顶变形和应力，在时间允许的情况下，还可以分析分别是A柱截面力、顶盖前横梁截面力、中顶盖横梁截面力，B柱截面力、C柱截面力。

将新建的整车和柱子的网格模型以K文件的形式导入到MADYMO软件中，选择material并输入材料参数，选择shell并输入每个PART的厚度。

用node to surface方式设置接触，并设置压板和车顶的接触。

设置压板的位移和时间关系，运动方向为Z轴（垂直压板方向）方向。

设置时间步长并提交计算。

3.分析结果与讨论
提交计算并查看变形图、应力云图以及压板反力和时间对应关系。

仿真结果发现，门板侧主要变形发生在A柱，主要的应力集中在前窗玻璃的四个拐角处。

由压板所受反力和时间曲线可知，在一定的时间内随着压板下压，钢板所受反力不断增大，但随着钢板进一步下压，钢板所受的反力基本维持稳定。