基于有限元法的汽车正面碰撞分析研究

图５前围的变形ｉ目
３结论
（２）通过比较Ｖ－ＥＮＳ和襄们的计算结果发现误差比较
大，特别是制动踏板和前围板以及Ａ柱．并且这几个揶位的 后穆量比较大，均超出了目标值．但是虽终值误差相对较小， 主要集中在制动踏板和方向盘中心点的ｚ向位移； （３）根据覆公司的分析，从结构设计上看．该车型的 １００％正碰结果对于ＧＢ的要求还有一定的差距，需要进一步 优化车身结构。 此结论为进一步的优化提供了依据．我们在此基础上进行 了改进设计，经分析及试验得到了较为满意的结果． 参考文献 ⅢＴｒ址ｋｃｄ
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２碰撞的边界条件 整车碰撞参考标准为国标ＧＢｌｌ ５５１－２００３乘用车正面碰撞
的乘员保护，碰撞初始速度为５０Ｋｍ／ｈ．碰撞壁障为刚性墙。 整车碰撞有限元模型如图１所示．
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田１碰擅分析有隈元模型
１碰撞分析模型的建立
１１整车模型的建立 整车模型的建立以白车身ＣＡＤ三维数模为基础．加Ｅ发 动机、悬架、车轮和座椅模型，按一定标准划分网格后．组成 用于正面碰撞的整车模型。 （１）网格划分。整车模型划分网格后整车节点和单元数 分别为：６４６７９４和９２９０３９。在建模时省去了一些对整车结构 碰撞性ｆｌＥ（ＲＰ整车结掏撞击变形１影响不大的部件，另外．如车 门、座椅及内饰件等，这些部件的质量通过集中质量单元加到 了车身ｌ。 （２）材料参数。根据车身以薄钢板冲压零部件为主的特 点，整个车身采用壳单，［建模。车身采用的材料主要为拉延性 能较好的低碱钢溥制扳，采用分段线性型性材料模型模拟。该 对车身结构进行碰撞分析，旨在计算结构变形．查看整车 各个阶段的变化情况．找出整车结构中存在的问题．分析结扮 的耐撞性能，并提出相应的改进意见。 ２１整体能量变化情况 模型能量的变化情况可以反映出计算模型建立的准确程 度．并能够；奇楚地看到能量的变化趋势，总体的要求是，模型 的总能量应主要由动能和内能组成，由于软件采用中心差分往 进行计算．因单位变形水充分将会导致郭分能量“丢失”．采 用“沙漏能”来进行补充，但是沙漏能不血超过总能量的１０％， 由于单元的接触和部分穿透，汁算中还肯摩擦能和滑移界面
机械设计
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基于有限元法的汽车正面碰撞分析研究
钱德猛，韩震
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心乘用车研究院，安徽合肥２３００２２
摘要：针对汽车开发过程中碰撞试验的周期长．费用高的问题，在某型产品开发过程中采用有限元方法进行Ｔ碰撞 分析，在对计算蛄秉认真分析的基础上，提自Ｔ改进分析的意见，取得Ｔ较圩的鼓果． 关键词：有限元．汽车．硅撞．仿真 随着我国汽车保有量的不断增加，交通事故里上升趋势而 汽车的正碰是发生概率最多的一种，且对车内司乘人员生命财 产安全最具危害性。随着我国正碰安全法规的颁布实薤，汽车 的被动安全性问题是汽车研究和设计人员必须面对的新课题， 所开发车型的耐撞性能最终要通过实车碰撞试验来检验”Ｊ。例 如我国某品牌的越野车在出口德国后．由掉国汽车俱乐部 （ＡＤＡＣ）随机抽检进行了官方碰撞测试，结果被评为该机构 ｉ！【行的碰撞试验的历史上屉差成绩．对国产车造成了难以挽回 的影响。 毫无疑问．宴车试验是ｊ气车安全性研究最准确、箍可靠的 手段，但费用高．周期长，因此为了减少新产品的开发成本， 提高产品竞争力．各汽车厂商都采用了实车试验与计算机模拟 仿真相结台的方法。计算机模拟可以在短时问内对多种方案做 出比较，从而得到满意的改进方案。另外，计算机仿真模拟作 为真实碰撞试验的有效辅助手段。能够太大节省新车型设计改 进的周期和费用Ⅲ。 有限元法是求解非线性问题的有效工具，随着商用有限元 软件的逐步成熟，工程上也越来越多地合用青限元法来进行辅 助分析工作。本文正是在商用软件的基础上，针对国标碰撞法 规ＧＢ】ｌ ５５１．２００３进行的仿真模拟，模拟我公司开发设计中的 某型汽车在碰撞过程中重要结构部件的变形。通过对模拟结果 进行分析，分析结构的耐撞性和吸能形式，拄出整车结构中存 在的问题。对重要结构的设计和结构优化提供依据ｐ”】。 模型需要定义材料的密度、弹性模量、泊松比、屈臌强度和应 力２应变曲线．低碳钢薄钢板的密度；７
Ｒｅｓｐｏｎｓｅ
目３方向盘的ｘ向位移曲线
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量Ｅ＝２０６ Ｇｐａ．泊梧比ｕ＝０２８～０ ３屈服强度，啦＿２７０～３０９
ＧＰａ，应力应变曲线通过材料拉伸试验获得． （３）连接模式：整车各零部件通过焊接、铰接以及刚性 连接等多种方式进行连接。动力总成可简化为剐体。 （４）定义接触：定义会发生变形的零部件的单血接触一 一自接触．以及相互连接的零部件面与面的接触或者是相应节 点对面的接触。
“车扭撞性改进的＂算机仿真ｐ】汽￥Ｉ 朗４方向盘的ｚ向位移曲线
《０００２ ２４（６）：４６６－４６９
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分析表明前车门的上铰链的最大变形为７
３ｒａｍ，
下铰链
十目２镕｝ｍ １９９９（４）
的摄大变形为７ ６ｍｍ．比较合理，通常来说．车门的变形鹰控
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国２模型总麓量的变化情况（单位：横轴ｓ．纵轴Ｊ
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２．２主要部件的变彤 在车次模拟中，模型的建立主要是基于设计状态进行的， 底盘部分完全沿用某参考车型的零部件（动力总成除外），基 十这样的整车模型测量了在碰撞过程中主要部件的变形量．其 中方向盘的Ｘ、ｚ向位移如图３、４所示。啦下各国中：横轴 单位为ｓ，纵轴单位为ｍｍ。 本文基于有限元法．对该车型进行了仿真分析，得出了以 下结论： （１）通过变形分析发现：前门的变形大小台理：
２计算结果和分析
钱德猛．等：基于有限元法的汽车正面碰撞分析研究 能。 该型车计算模型的总能量变化情况如图２所示，从图中可 以看出，６０ｍｓ咀后，能量的构成基奉不会发生什么变化。能 量的构成情况比较合理．滑移界面能保持很小的正值，沙漏能 屉大时占总能量的比例非常ｄ、，由此可以说明在建模的过程 中．有限元网格的标准．模型的联接以及各种求解参数的设置 都是比较合理的． 制在３０ｒａｍ以内。这样在碰撞过程中门由于变形而打不开的可 能性比较小：方向盘的向后的最终位移为４５ｍｍ．碰撞过程中 的最大Ｘ向位移为８６６ｒａｍ．按照ＧＢ法规的要求方向盘向后 的位移量不超过１２７ｍｍ．该方向盘的向后位移适中，这样对 人的头部和胸部的伤害比较小． 碰撞过程中ｔ制动踏板的Ｘ向位移量为｜３７ｍｍ．距离比 较大，对小腿会有一定的伤害。 前国的变彤情况如图５所示。