LS_DYNA在汽车碰撞模拟过程中的应用_陈海树
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第18 卷第4期 2006 年 8 月
沈阳大学 学报 JOURNAL OF SHENYANG U NIVERSIT Y
文章编号: 1008-9225( 2006) 04- 0010- 03
Vol118, No. 4 Aug. 2 0 0 6
LS-DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
陈海树, 赖征海, 邸建卫
18 0
10 000
10 000
20 0
A 立柱后移 量/ mm
35 50
B 立柱下端最 是汽车产品开发设计链中的常 规流程, 没有有限元分析的设计不能进入下一个 技术流程#使用 Dyna 软件在设计初 期对产品的 安全性能进行验证, 及时发现新产品的问题, 这为 设计工程师提供了更大的创造空间, 使设计质量 大幅度提高#
使用实际材 料的试验 结果值; 对于钢, 使用 24 号材料模式; 可恢复的泡沫材料 使用 57 号材 料模式, 若要考虑应变率的影响, 使用 83 号材料; 发动机等在碰撞过程中不变形物体采用 20 号刚 体材料#
收稿日期: 2006- 05- 12 作者简介: 陈海树( 1977- ) , 男, 辽 宁朝阳人, 沈阳华晨金杯汽车有限公司研发中心工程 师, 硕士#
第4期
陈海树等: LS- DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
11
2 乘员约束系统有限元模型
2. 1 假人有限元模型 仿真用的假人有限元模型是完全基于试验的
50 百分位的 Hybrid Ó型假人#模型细分为 98 个 部件#主要部件有: 头部、颈部、胸部、腹部、臀部和 四肢等共约 6 400 个节点, 3 900 个单元#假人各 部分质量和转动惯量都符合试验用假人#人体各 部分的关节用球形铰链( Spherical Joint ) 和旋转铰 链( Revolut e Joint ) 单元定义, 假人有限元模型铰 链总计 47 个#用非线 性的扭矩弹簧 Spring 和阻 尼 Damper 单元连接来模拟人体各部分之间的弹 性#胸部和颈部这些关键部位都设置成柔性, 能对 发生碰撞后假人的受伤进行评价#使 用 Oasys 软 件调整假人的 H 点及坐姿, 并保证假人与地板、 坐椅、防火墙等不发生穿透干涉# 2. 2 安全带模型
息# GL ST AT
整个模 型的动能、内能、沙漏
能变化# DEF ORC
M AT SUM
弹簧单元受力# 模 型中 每个 单独 的 part 动
能、内能等能量变化#
JNT FORC 运动副受力变化# RCF ORC 接触面的受力信息# 图1为 碰撞过程中能量变化曲线, 沙漏能只
图 1 碰撞 能量变化图
[ 4] A jit D. kelkar, M ark J. Schulz. S imulat ion of a Car Frontal O ff set Impact into a Fixed D eformable Barrier [ J ] . SA E Paper , 962458.
Application of LS- DYNA in Car Crash Simulation
以 10 mm 为网格尺寸的基准, 为保证求解速 度, 最小单元尺寸不能小于 5 mm, 其他如翘曲度、 长宽比、梯度、雅可比等参照汽车碰撞通用规范# 按照以上规则建立的车体有限元模型大约 有 80 万单元# 1. 2 接触处理
接触处理包括: 防止边对边的渗透; 防止所有 的初始渗透; 用 ansa 软件自动调整考虑料厚以后 的材料穿透# 1. 3 连接、约束处理
值为 704. 3, 满足法规要求#
HIC =
Q 1
t2- t1
t2
a( t ) dt
t1
2. 5
( t2 -
t1)
<
1 000
图3 是碰撞过程中假人胸部的压溃曲线# CM VDR294 法规要求该值小于 75 mm#本文测得 的假人胸部压溃量只有 11 mm #此外, 通过 Dyna 可以测得其他的假人损伤值以及车体的碰撞性能
于模拟较重物体的低速冲击过程#1989 年, 该软 件转由 LST C 公司专门开发, 并且汽车安全性的
研究成为其主要研究对象之一#为适应汽车技术 的进步和用户的需要, 该软件历经了不断改进和 发展, 版本趋于成熟, 并通过了试验的验证#在目 前的版本中已经包含了 100 多种材料的模型, 如
金属、橡胶、玻璃、泡沫、安全带、气囊等, 并允许用 户输入自定义的材料特性#1986 年, LS- DYNA 首 次成功 地模拟 了整车 的碰撞 大变 形过程#1991 年, MVMA ( 美 国机 动 车 制 造者 协 会) 的 T . B. Khalil 和 L ST C 公司的 J. O. H allquist 等人计算了 碰撞过程中 气囊( 有限元模型) 与人 体的接触过
3坐椅模型坐椅坐垫采用泡沫材?处?应用试验所得的真实材?性能曲线?构及坐椅坐垫等?这个接触是为了防止在计算过程中出现负体积或节点速度无限大等问题?4模型求解汽车以50kmh的速度冲击壁障时碰撞时间一般为120ms汽车与壁障假人与车体的碰撞发生在前100ms接下来的20ms汽车及假人开始回弹?汽车碰撞是一个复杂的过程对于求解一个80多万网格的庞大模型来说单个工作站无能为??本文使用dyna的linux并?版本求解34?5结果后处?及分析dyna的结果文件主要包括以下内容?d3plot二进制动画文件可以浏览整个碰撞过程?secforc截面?文件车体上所有关键截面在整个碰撞过程中受?的变化?rwforc刚性墙受??nodout模型中定义的关键点的速度3接触类型的设定在汽车发生碰撞后假人胸部与安全带假人腰部与腰带假人与整车前地板坐椅坐垫与坐椅支撑部件车与刚性墙车身的主要部件之间均会发生接触?关于接触类型的定义遵循以下原则2?1尽可能采用automatic接触类型?automatic类型的接触是比较新的接触方式加速度位移等信息?elout模型中定义的关键单元受?信息?glstat整个模型的动能内能沙?能变化?deforc弹簧单元受??matsum模型中每个单独的part动能内能等能?变化?jntforc运动副受?变化?接触面的受?信息?图1为碰撞过程中能?变化曲线沙?能只rcforc由于在汽车碰撞过程中很难人工判断壳单元发生接触的方向?而automatic接触方式主要是针对壳单元的方向问题体单元以接触面的外法线为接触方向所以总可以产生接触接触在壳单元的两侧都发生所以适合各种复杂的接触?为?2焊点保证焊点胶等胶与车身的接触?体单元的外表面与车身钣金件的紧密结合使用tie接触方式?3设置一个单面接触singlesurface用于所有汽车部件可能发生的接触检测包括部件自身的接触?为只检测壳单元这样可提高求解速度?图1碰撞能?变化图12?阳大学学报第18卷hic1atdtt1t2占总能?的2说明模型的精确度很高?一般为保证求解精度沙?能要小于总能?的10?图2为碰撞过程中假人头部加速度特征?hic值?该值是一个积分结果综合反映了头部的加速度变化?中国正碰法规cmvdr294要求该值小于1000本文未采用安全气囊测得的hic值为704
( 5) 泡 沫类 材 料 的内 部 接 触 CON T A CT INT ERIOR, 如保险杠缓冲块、方向盘中央内部结 构及坐椅坐垫等#这个接触是为了防止在计算过 程中出现负体积或节点速度无限大等问题#
4 模型求解
汽车以 50 km/ h 的速度冲击壁障时, 碰撞时 间一般为 120 ms, 汽车与壁障、假人 与车体的碰 撞发生在前 100 ms, 接下来的 20 ms, 汽车及假人 开始回弹#汽车碰撞是一个复杂的过程, 对于求解 一个 80 多万网格的庞大模型来说, 单个工作站无 能为 力 #本 文 使 用 Dy na 的 linux 并 行 版 本 求 解[ 3- 4] #
5 结果后处理及分析
Dyna 的结果文件主要包括以下内容# D3PL OT 二进制动画文件, 可以浏览整
个碰撞过程# SECF ORC
截 面力文 件, 车 体上 所有关
键截面在整个碰撞过程中受力的变化# RWF ORC 刚性墙受力# NODOUT 模型中定义的关键点的速度、
加速度、位移等信息#
EL OUT 模型中定义的关键单元受力信
对企业来说, 有限元分析法的应用, 使产品的 开发周期缩短, 节省了开发费用; 避免了因产品投 放市场初期常常出现质量问题而影响新产品声誉 的问题; 而且还可以使研究人员集中力量进行汽 车的环保、节能和舒适性等现代汽车设计主题研
究# 可以说, 没有有限元分析法的应用, 则没有产
品质量, 则不能建立真正的产品开发系统#
程, 其中的人体多 采用的是刚体模 型#本文采用 ET A 的 Hybrid Ó 50% 刚 性 假 人 模 拟 整 车 的 100% 正面碰撞, 即我国强制实施的正面碰撞法规 CM VDR 294[ 1] #
1 车体模型的建立
车体模型的建立是碰撞分析的第一步, 各大 汽车厂商和 L ST C 公司应用 LS- DYNA, 在近 20 年的汽车碰撞仿真分析中, 积累了大量的经验, 也 制定了相应的标准和规范# 1. 1 网格的划分
CH EN H aishu , LA I Zhenghai, DI Jianw ei
( Shenyang Brilliance Jinbei Auto mobile Co . , L td. , Shenyang 110044, China)
Abstract: T he f ront crash of t he w hole car is simulated by L S- DYNA. It show s t he great ef fect of t he comput er simulation technology, w hich is applied in the modern automot ive field. Key words: LS-DYNA; automatic crash; hourglasses energy; dum my; comput er simulation
( 沈阳华晨金杯汽车 有限公司, 辽宁 沈阳 110044)
摘
要: 应用 LS- DYN A 实现整车的正面 碰撞模拟, 佐证了计算机模拟技术在 现代汽车产 品开发中 的应
用及其发挥的巨大作用#
关 键 词: LS- DYN A; 汽车碰撞; 沙漏能; 假 人; 计算机模拟
中图分类号: TH 140; T P 39
参考文献:
[ 1] 钟志华, 张维刚, 曹立 波, 等# 汽车 碰撞 安全 技 术[ M ] # 北 京: 机械工业出版社, 2003: 7#
[ 2] 黄世霖, 张金换, 王晓 东, 等# 汽车碰 撞与安全 [ M ] # 北 京: 清华大学出版社, 2000: 2, 35- 47#
[ 3] John O . H all qui st . L S-D YN A Theorei cal M an ual [ M ] . Calif ornia: Livemore Sof t ware T echnology Corporat ion, 1998: 25- 32, 97- 101, 197- 212.
参数, 这里不再详细介绍, 分析结果如表 1 所示#
图 2 假人头部 HIC值
图 3 假人 胸部压溃量
表1
名称
分析值 经验值
加速度 特征量值
704. 3 1 000
假人胸部 压溃量/ mm
11 75
结 构及安全分析结果
大腿左侧 大腿右侧 轴向受力/ N 轴向受力/ N
冲撞侵入 / mm
6 800
7 600
12
沈阳 大 学 学 报
第 18 卷
占总能量的 2% , 说明模型的精确度很高#一般为 保证求解精度, 沙漏能要小于总能量的 10%#
图2 为碰撞过程中假人头部加速度特征量
H IC 值#该值是一个积分结果, 综合反映了头部的 加速度变化#中国正碰法 规 CMVDR294 要求该 值小于 1 000, 本文未采用安全气囊, 测得的 HIC
文献标识码: A
随着汽车工业的发展, 汽车车速不断提高, 汽 车事故也越来越多, 而且越来越严重#研究汽车的 碰撞安全性能, 已经成为整车开发过程中必不可 少的重要环节#传统的开发过程采用试验手段获 得整车的碰撞性能, 这需要经过多次循环, 不仅周
期长, 而且研发费用高昂#近年来, 计算机辅助工 程( CAE) 技术开始普及, 并在多个领域用于整车
3 接触类型的设定
在汽车发生碰撞后, 假人胸部与安全带、假人腰 部与腰带、假人与整车前地板、坐椅坐垫与坐椅支撑 部件、车与刚性墙、车身的主要部件之间均会发生接 触#关于接触类型的定义, 遵循以下原则[ 2] #
( 1) 尽可 能采用 AUT OM AT IC 接触类 型# AUT OMAT IC 类型的接触是比较新的接触方式, 由于在汽车碰撞过程中, 很难人工判断壳单元发 生接触的方向#而 AUT OMAT IC 接触方 式主要 是针对壳单元的方向问题( 体单元以接触面的外 法线为接触方向, 所以总可以产生接触) , 接触在 壳单元的两侧都发生, 所以适合各种复杂的接触 行为#
用 Dy na 软件自带的 Hex 单元 模拟焊点, 直 径 5 mm, 并考虑碰撞严重区域的焊点实效问题; 正确处理弹簧、胶套、螺栓、运动副的连接关系# 1. 4 单元公式的处理
为控制沙漏采用 3 点积分; 若 PART 的厚度 大于 115 mm, 在厚度方向采用 5 个积分点# 1. 5 材料的处理
开发, 极大地缩短了整车开发周期#其中, 在碰撞 领域使用 的软件 有 LS- DYNA、P amCrash, 此外, 国外使用的软件还有 Abaqus、Radioss#
LS- DYNA 软 件 1976 年 起 源 于 美 国 的 Lawrence L ivermore 国 家实验室, 早期主 要应用
( 2) 焊点、胶与车身的接触#保证焊点、胶等 体单元的外表面与车身钣金件的紧密结合, 使用 T ie 接触方式#
( 3) 设 置一个单面接触 ( Single Surface) , 用 于所有汽车部件可能发生的接触检测( 包括部件 自身的接触行为) , 只检测壳单元, 这样可提高求 解速度#
( 4) 安全带与假人, 坐椅坐垫、靠背与假人之 间 的 接 触, 使 用 CO N TA CT - A U T O MAT ICSU R FACE- T O- SU RFA CE 接触类型#
假人佩带三点式安全带#建立安全带系统的 有限元模型包括: 安全带单元, 滑环单元, 预紧器、 卷收器单元及引发预紧器、卷收器工作的传感器
单元#为了更好地处理假人与安全带之间的接触, 在人体胸部前的安全带采用了二维的薄壳单元# 2. 3 坐椅模型
坐椅坐垫采用泡沫材料处理, 应用试验所得 的真实材料性能曲线#
沈阳大学 学报 JOURNAL OF SHENYANG U NIVERSIT Y
文章编号: 1008-9225( 2006) 04- 0010- 03
Vol118, No. 4 Aug. 2 0 0 6
LS-DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
陈海树, 赖征海, 邸建卫
18 0
10 000
10 000
20 0
A 立柱后移 量/ mm
35 50
B 立柱下端最 是汽车产品开发设计链中的常 规流程, 没有有限元分析的设计不能进入下一个 技术流程#使用 Dyna 软件在设计初 期对产品的 安全性能进行验证, 及时发现新产品的问题, 这为 设计工程师提供了更大的创造空间, 使设计质量 大幅度提高#
使用实际材 料的试验 结果值; 对于钢, 使用 24 号材料模式; 可恢复的泡沫材料 使用 57 号材 料模式, 若要考虑应变率的影响, 使用 83 号材料; 发动机等在碰撞过程中不变形物体采用 20 号刚 体材料#
收稿日期: 2006- 05- 12 作者简介: 陈海树( 1977- ) , 男, 辽 宁朝阳人, 沈阳华晨金杯汽车有限公司研发中心工程 师, 硕士#
第4期
陈海树等: LS- DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
11
2 乘员约束系统有限元模型
2. 1 假人有限元模型 仿真用的假人有限元模型是完全基于试验的
50 百分位的 Hybrid Ó型假人#模型细分为 98 个 部件#主要部件有: 头部、颈部、胸部、腹部、臀部和 四肢等共约 6 400 个节点, 3 900 个单元#假人各 部分质量和转动惯量都符合试验用假人#人体各 部分的关节用球形铰链( Spherical Joint ) 和旋转铰 链( Revolut e Joint ) 单元定义, 假人有限元模型铰 链总计 47 个#用非线 性的扭矩弹簧 Spring 和阻 尼 Damper 单元连接来模拟人体各部分之间的弹 性#胸部和颈部这些关键部位都设置成柔性, 能对 发生碰撞后假人的受伤进行评价#使 用 Oasys 软 件调整假人的 H 点及坐姿, 并保证假人与地板、 坐椅、防火墙等不发生穿透干涉# 2. 2 安全带模型
息# GL ST AT
整个模 型的动能、内能、沙漏
能变化# DEF ORC
M AT SUM
弹簧单元受力# 模 型中 每个 单独 的 part 动
能、内能等能量变化#
JNT FORC 运动副受力变化# RCF ORC 接触面的受力信息# 图1为 碰撞过程中能量变化曲线, 沙漏能只
图 1 碰撞 能量变化图
[ 4] A jit D. kelkar, M ark J. Schulz. S imulat ion of a Car Frontal O ff set Impact into a Fixed D eformable Barrier [ J ] . SA E Paper , 962458.
Application of LS- DYNA in Car Crash Simulation
以 10 mm 为网格尺寸的基准, 为保证求解速 度, 最小单元尺寸不能小于 5 mm, 其他如翘曲度、 长宽比、梯度、雅可比等参照汽车碰撞通用规范# 按照以上规则建立的车体有限元模型大约 有 80 万单元# 1. 2 接触处理
接触处理包括: 防止边对边的渗透; 防止所有 的初始渗透; 用 ansa 软件自动调整考虑料厚以后 的材料穿透# 1. 3 连接、约束处理
值为 704. 3, 满足法规要求#
HIC =
Q 1
t2- t1
t2
a( t ) dt
t1
2. 5
( t2 -
t1)
<
1 000
图3 是碰撞过程中假人胸部的压溃曲线# CM VDR294 法规要求该值小于 75 mm#本文测得 的假人胸部压溃量只有 11 mm #此外, 通过 Dyna 可以测得其他的假人损伤值以及车体的碰撞性能
于模拟较重物体的低速冲击过程#1989 年, 该软 件转由 LST C 公司专门开发, 并且汽车安全性的
研究成为其主要研究对象之一#为适应汽车技术 的进步和用户的需要, 该软件历经了不断改进和 发展, 版本趋于成熟, 并通过了试验的验证#在目 前的版本中已经包含了 100 多种材料的模型, 如
金属、橡胶、玻璃、泡沫、安全带、气囊等, 并允许用 户输入自定义的材料特性#1986 年, LS- DYNA 首 次成功 地模拟 了整车 的碰撞 大变 形过程#1991 年, MVMA ( 美 国机 动 车 制 造者 协 会) 的 T . B. Khalil 和 L ST C 公司的 J. O. H allquist 等人计算了 碰撞过程中 气囊( 有限元模型) 与人 体的接触过
3坐椅模型坐椅坐垫采用泡沫材?处?应用试验所得的真实材?性能曲线?构及坐椅坐垫等?这个接触是为了防止在计算过程中出现负体积或节点速度无限大等问题?4模型求解汽车以50kmh的速度冲击壁障时碰撞时间一般为120ms汽车与壁障假人与车体的碰撞发生在前100ms接下来的20ms汽车及假人开始回弹?汽车碰撞是一个复杂的过程对于求解一个80多万网格的庞大模型来说单个工作站无能为??本文使用dyna的linux并?版本求解34?5结果后处?及分析dyna的结果文件主要包括以下内容?d3plot二进制动画文件可以浏览整个碰撞过程?secforc截面?文件车体上所有关键截面在整个碰撞过程中受?的变化?rwforc刚性墙受??nodout模型中定义的关键点的速度3接触类型的设定在汽车发生碰撞后假人胸部与安全带假人腰部与腰带假人与整车前地板坐椅坐垫与坐椅支撑部件车与刚性墙车身的主要部件之间均会发生接触?关于接触类型的定义遵循以下原则2?1尽可能采用automatic接触类型?automatic类型的接触是比较新的接触方式加速度位移等信息?elout模型中定义的关键单元受?信息?glstat整个模型的动能内能沙?能变化?deforc弹簧单元受??matsum模型中每个单独的part动能内能等能?变化?jntforc运动副受?变化?接触面的受?信息?图1为碰撞过程中能?变化曲线沙?能只rcforc由于在汽车碰撞过程中很难人工判断壳单元发生接触的方向?而automatic接触方式主要是针对壳单元的方向问题体单元以接触面的外法线为接触方向所以总可以产生接触接触在壳单元的两侧都发生所以适合各种复杂的接触?为?2焊点保证焊点胶等胶与车身的接触?体单元的外表面与车身钣金件的紧密结合使用tie接触方式?3设置一个单面接触singlesurface用于所有汽车部件可能发生的接触检测包括部件自身的接触?为只检测壳单元这样可提高求解速度?图1碰撞能?变化图12?阳大学学报第18卷hic1atdtt1t2占总能?的2说明模型的精确度很高?一般为保证求解精度沙?能要小于总能?的10?图2为碰撞过程中假人头部加速度特征?hic值?该值是一个积分结果综合反映了头部的加速度变化?中国正碰法规cmvdr294要求该值小于1000本文未采用安全气囊测得的hic值为704
( 5) 泡 沫类 材 料 的内 部 接 触 CON T A CT INT ERIOR, 如保险杠缓冲块、方向盘中央内部结 构及坐椅坐垫等#这个接触是为了防止在计算过 程中出现负体积或节点速度无限大等问题#
4 模型求解
汽车以 50 km/ h 的速度冲击壁障时, 碰撞时 间一般为 120 ms, 汽车与壁障、假人 与车体的碰 撞发生在前 100 ms, 接下来的 20 ms, 汽车及假人 开始回弹#汽车碰撞是一个复杂的过程, 对于求解 一个 80 多万网格的庞大模型来说, 单个工作站无 能为 力 #本 文 使 用 Dy na 的 linux 并 行 版 本 求 解[ 3- 4] #
5 结果后处理及分析
Dyna 的结果文件主要包括以下内容# D3PL OT 二进制动画文件, 可以浏览整
个碰撞过程# SECF ORC
截 面力文 件, 车 体上 所有关
键截面在整个碰撞过程中受力的变化# RWF ORC 刚性墙受力# NODOUT 模型中定义的关键点的速度、
加速度、位移等信息#
EL OUT 模型中定义的关键单元受力信
对企业来说, 有限元分析法的应用, 使产品的 开发周期缩短, 节省了开发费用; 避免了因产品投 放市场初期常常出现质量问题而影响新产品声誉 的问题; 而且还可以使研究人员集中力量进行汽 车的环保、节能和舒适性等现代汽车设计主题研
究# 可以说, 没有有限元分析法的应用, 则没有产
品质量, 则不能建立真正的产品开发系统#
程, 其中的人体多 采用的是刚体模 型#本文采用 ET A 的 Hybrid Ó 50% 刚 性 假 人 模 拟 整 车 的 100% 正面碰撞, 即我国强制实施的正面碰撞法规 CM VDR 294[ 1] #
1 车体模型的建立
车体模型的建立是碰撞分析的第一步, 各大 汽车厂商和 L ST C 公司应用 LS- DYNA, 在近 20 年的汽车碰撞仿真分析中, 积累了大量的经验, 也 制定了相应的标准和规范# 1. 1 网格的划分
CH EN H aishu , LA I Zhenghai, DI Jianw ei
( Shenyang Brilliance Jinbei Auto mobile Co . , L td. , Shenyang 110044, China)
Abstract: T he f ront crash of t he w hole car is simulated by L S- DYNA. It show s t he great ef fect of t he comput er simulation technology, w hich is applied in the modern automot ive field. Key words: LS-DYNA; automatic crash; hourglasses energy; dum my; comput er simulation
( 沈阳华晨金杯汽车 有限公司, 辽宁 沈阳 110044)
摘
要: 应用 LS- DYN A 实现整车的正面 碰撞模拟, 佐证了计算机模拟技术在 现代汽车产 品开发中 的应
用及其发挥的巨大作用#
关 键 词: LS- DYN A; 汽车碰撞; 沙漏能; 假 人; 计算机模拟
中图分类号: TH 140; T P 39
参考文献:
[ 1] 钟志华, 张维刚, 曹立 波, 等# 汽车 碰撞 安全 技 术[ M ] # 北 京: 机械工业出版社, 2003: 7#
[ 2] 黄世霖, 张金换, 王晓 东, 等# 汽车碰 撞与安全 [ M ] # 北 京: 清华大学出版社, 2000: 2, 35- 47#
[ 3] John O . H all qui st . L S-D YN A Theorei cal M an ual [ M ] . Calif ornia: Livemore Sof t ware T echnology Corporat ion, 1998: 25- 32, 97- 101, 197- 212.
参数, 这里不再详细介绍, 分析结果如表 1 所示#
图 2 假人头部 HIC值
图 3 假人 胸部压溃量
表1
名称
分析值 经验值
加速度 特征量值
704. 3 1 000
假人胸部 压溃量/ mm
11 75
结 构及安全分析结果
大腿左侧 大腿右侧 轴向受力/ N 轴向受力/ N
冲撞侵入 / mm
6 800
7 600
12
沈阳 大 学 学 报
第 18 卷
占总能量的 2% , 说明模型的精确度很高#一般为 保证求解精度, 沙漏能要小于总能量的 10%#
图2 为碰撞过程中假人头部加速度特征量
H IC 值#该值是一个积分结果, 综合反映了头部的 加速度变化#中国正碰法 规 CMVDR294 要求该 值小于 1 000, 本文未采用安全气囊, 测得的 HIC
文献标识码: A
随着汽车工业的发展, 汽车车速不断提高, 汽 车事故也越来越多, 而且越来越严重#研究汽车的 碰撞安全性能, 已经成为整车开发过程中必不可 少的重要环节#传统的开发过程采用试验手段获 得整车的碰撞性能, 这需要经过多次循环, 不仅周
期长, 而且研发费用高昂#近年来, 计算机辅助工 程( CAE) 技术开始普及, 并在多个领域用于整车
3 接触类型的设定
在汽车发生碰撞后, 假人胸部与安全带、假人腰 部与腰带、假人与整车前地板、坐椅坐垫与坐椅支撑 部件、车与刚性墙、车身的主要部件之间均会发生接 触#关于接触类型的定义, 遵循以下原则[ 2] #
( 1) 尽可 能采用 AUT OM AT IC 接触类 型# AUT OMAT IC 类型的接触是比较新的接触方式, 由于在汽车碰撞过程中, 很难人工判断壳单元发 生接触的方向#而 AUT OMAT IC 接触方 式主要 是针对壳单元的方向问题( 体单元以接触面的外 法线为接触方向, 所以总可以产生接触) , 接触在 壳单元的两侧都发生, 所以适合各种复杂的接触 行为#
用 Dy na 软件自带的 Hex 单元 模拟焊点, 直 径 5 mm, 并考虑碰撞严重区域的焊点实效问题; 正确处理弹簧、胶套、螺栓、运动副的连接关系# 1. 4 单元公式的处理
为控制沙漏采用 3 点积分; 若 PART 的厚度 大于 115 mm, 在厚度方向采用 5 个积分点# 1. 5 材料的处理
开发, 极大地缩短了整车开发周期#其中, 在碰撞 领域使用 的软件 有 LS- DYNA、P amCrash, 此外, 国外使用的软件还有 Abaqus、Radioss#
LS- DYNA 软 件 1976 年 起 源 于 美 国 的 Lawrence L ivermore 国 家实验室, 早期主 要应用
( 2) 焊点、胶与车身的接触#保证焊点、胶等 体单元的外表面与车身钣金件的紧密结合, 使用 T ie 接触方式#
( 3) 设 置一个单面接触 ( Single Surface) , 用 于所有汽车部件可能发生的接触检测( 包括部件 自身的接触行为) , 只检测壳单元, 这样可提高求 解速度#
( 4) 安全带与假人, 坐椅坐垫、靠背与假人之 间 的 接 触, 使 用 CO N TA CT - A U T O MAT ICSU R FACE- T O- SU RFA CE 接触类型#
假人佩带三点式安全带#建立安全带系统的 有限元模型包括: 安全带单元, 滑环单元, 预紧器、 卷收器单元及引发预紧器、卷收器工作的传感器
单元#为了更好地处理假人与安全带之间的接触, 在人体胸部前的安全带采用了二维的薄壳单元# 2. 3 坐椅模型
坐椅坐垫采用泡沫材料处理, 应用试验所得 的真实材料性能曲线#