汽车正面碰撞有限元仿真模拟

图"
汽车正碰梁系结构的力和能量传递路径
# 原结构
% 更改后结构
图$
铰链原结构和更改结构对比 参考文献
主要有 & 个部分 & 第 , 部分从保险杠加强板一直到 发动机悬置之前 ! 主 要 通 过 压 溃 吸 能 ) 第 & 部 分 叫 第二硬化 区 ! 从 发 动 机 悬 置 以 后 一 直 到 前 围 板 之 前 ! 主要通过弯曲变形吸能 $ 主梁尽量用一些盒状 且封闭的结构 $ 在主梁的前部 ! 还有一些诱导槽 ! 来 诱导压溃 ! 以保证车身在有足够安全空间的情况下 能吸收更多能量 ! 以此达到使传递到乘员的碰撞能 量最小的目的 $
因为车祸有 #" 多万人死亡 "* """ 多万人受伤 & 汽 车安全性分为主动安全性和被动安全性 " 前者是指 汽车防止发生事故的能力’后者是指当事故发生时汽 车本身对乘员及行人提供保护的能力 &调查的结果表 明 "汽车的主动性能再好 "也只能避免很少量的事故 " 汽车的被动安全性实际上主宰着汽车的安全性能 & 随着我国汽车保有量的不断增加 " 交通事故呈 上升趋势 " 如图 * 所 示 " 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施 " 汽车
!
正面碰撞车身结构抗撞性研究 汽车的被动安全性能研究主要包括 ! 大部分 "
第一是车身结构变形吸能的研究 " 因为安全车身的 作用而 使 得 在 碰 撞 过 程 中 冲 击 的 能 量 得 到 最 佳 的 分布和吸收 $ 第二 是 乘 员 约 束 系 统 的 研 究 " 通 过 乘 员约束 系 统 的 作 用 使 得 一 次 碰 撞 过 程 中 乘 员 分 得 的能量能够在二次碰撞中 % 乘员与驾驶室内物体的 碰撞 & 得到有效的 释 放 " 从 而 达 到 保 护 乘 员 生 命 安
!
Leabharlann Baidu
整车正碰中计算机模拟仿真技术研究的意义"!#$% 交 通 安 全 是 一 个 世 界 性 的 难 题 "据 统 计 "每 年
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 & 但是此类的试验对车辆进行的 是破坏性试验 " 为了检验一项设计目标往往需要反 复的碰撞试验 " 试验费用相当昂贵 " 因此 " 通过 234 模拟仿真计算来指导和部分取代试验工作 " 成为汽 车被动安全性研究的一种必然趋势 & 通过模拟仿真 计算 " 可以在汽车设计和改进的过程中经济有效的 提供一些基本规律和指导方向 " 减少试验次数 " 避 免大量尝试性工 作 " 这 样 既 能 减 少 研 发 成 本 " 也 能 缩短开发周期 & 本文以某车型为例介绍了汽车正面 碰撞有限元模型分析方法 &
! 收稿日期 "!..,1*!1!*#
万方数据
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汽车技术
天津汽车
硬化的问题 " 计算时采用动态弹塑性材料模型 ! 动 态屈服应力 % 静态屈服应力与应变率之间满足下列 经验公式 (
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** 应变率 + !* ** 应变率参数 ’ "!#*
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式中 (!4’!!’* )*材料的动态屈服应力和静态屈服应力+
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用度等问题 ! 为此 " 本文根据汽车制造企业的特点 " 提出了对零部件进行分类管理的思想 " 并给出了分 类指标 " 将 零 部 件 按 重 要 程 度 分 为 % 个 不 同 的 级 别 ! 对不同级别零部件 "讨论了不同的评选策略 ! 对 汽车制 造 企 业 采 购 工 作 的 管 理 " 有 一 定 的 借 鉴 意 义 " 为供应商的评价与选择提供了依据 !
万方数据
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!""# 年第 $ 期
汽车技术
图!
中间几个时刻主梁的仿真计算变形结果
图#
主梁的变形内能和整车变形内能的曲线对比
图"
整车的内能 ! 动能和总能量随时间历程的变化情况
图$
! 柱加速度曲线仿真和试验结果对比
势 ! 波峰波谷的变 化 及 峰 值 点 都 比 较 接 近 " 基 本 可 以认为仿真模型是正确的 #
碰撞的边界条件 按照法规项的要求来模拟整车正碰 ! 计算时碰
撞速度为 ,* 5& / 6!固定刚性壁障 ’
$
汽车正碰试验和仿真结果分析 对正面碰撞仿真结果的真实性和准确性评价 !
通常采用定性和定量的评价方法 ’ 定性评价的方法 主要是检查和比较试验在仿真中 ! 撞击区域的变形 形状和各主要部件的撞击特征 + 定量评价则集中在 汽车的车身加速度和能量变化等等 ’ 汽车正碰仿真 和试验结果对比如图 7 所示 ’
万方数据
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汽车技术
天津汽车
大 约 是 -, 7! 一 般 的 共 识 是 ! 车 身 加 速 度 的 峰 值 在
-’ 7853 7 时 ! 被认为在结构变形方面是没有问题
的 $ 在此基础上 ! 安全带和气囊等约束系统也比较 好匹配! 也比较容易达到法规对人体损伤值的要 求 ! 这次整车的整备质量设定略高于实车 ! 因此 ! 实 车的正碰结构变形也应该没有问题 $ 从碰撞结果来看 ! 发动机盖的铰链还存在一点 问题 !在碰撞中变形太大且失稳 !可能存在一定的安 全隐患$ 通过分析!改变铰链形状"见图 +%!从图 + 中 可以看出 ! 铰 链 设 计 更 改 后 ! 碰 撞 的 结 果 有 了 很 大 改善 $
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朱西产 ! 钟荣华 C 薄壁直梁件碰撞性能计算机仿真方法的研究 C 汽车工程 = &’’’= && "& % 贾宏波 ! 黄金陵 ! 谷安涛 ! 等 C 数值模拟技术在汽车碰撞 分 析 中 的 应用 C 中国公路学报 !,+++ "- % 雷 正 保C 汽 车 碰 撞 仿 真 研 究 的 发 展 趋 势C 长 沙 交 通 学 院 学 报 !
参考文献
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#$ 谈 汽 车 行 业 供 应 链 管 理 & 机 械 王 雨 晴&模 块 化 供 应 还 有 多 远$ 工业信息与网络 ’!""()*+ 轩轶 ’ 刘云霞 & 试析汽车企业对供应商的管理 & 营销方略 ’!"",)*+
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李汉昭 & 帕累托 -. / !" 效率法则 & 北京 % 海潮出版社 ’!""* 黄莺 ’ 杨 德 华 & 层 次 分 析 法 在 供 应 商 选 择 中 的 研 究 与 应 用 & 物 流 技 术 ’!..,)%+ 李志勇 ’ 王 顺 洪 & 基 于 模 糊 综 合 评 判 的 供 应 商 选 择 方 法 & 北 京 工 业 大学学报 ’!..0)*+ 曹庆奎 ’ 孙 明 涛 & 基 于 信 息 熵 与 神 经 网 络 的 供 应 商 选 择 方 法 研 究 & 建筑技术开发 ’!..0)-+ 郜振华 ’ 陈 森 发 & 基 于 改 进 灰 色 关 联 度 分 析 的 供 应 商 评 价 方 法 & 制 造业自动化 ’!..0)*.+
!""# 年第 $ 期
汽车技术
!"#$%& ’()*+,王磊
(天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心 )
摘要 介绍了汽车车身开发中应用高度非线性有限元
方法对车身结构碰撞历程进行数值仿真研究工作的概 况 $ 对碰撞仿真的技术细节进行了深入的研究 % 碰撞仿 真分析是确保车辆拥有良好碰撞性能的一种重要方 法 $ 与实车碰撞试验结果相比 $ 吻合较好 % 关键词 汽车碰撞仿真 碰撞性能 被动安全
应 变 率 不 同 ! 材 料 的 应 力 曲 线 也 不 同 ’ 对钢
图#
#%%% 年美国轿车碰撞事故分析
材可取 "1)*!#1, ’
!"$ ! 计算模型的建立 !"# 网格划分
应 用 有 限 元 前 处 理 软 件 !"#$%&$’( 对 整 车 进 行网格划分 ! 整车模型共有 )*+ *,- 个单元 ! 以矩形 单元为主 ! 在绘制完白车身网格以后 !进行白车身的 模态分析 !顺便检验一下是否有忘记连接的焊点 " 另外 ! 在建模时省去了一些对整车结构碰撞性 能 #即整车结构撞击变形 $ 影响不大的部件 ! 如车门 % 座椅及内饰件等 ! 这些部件的质量通过集中质量单 元加到了车身上 " 整车碰撞有限元模型如图 + 所示"
全的目的 ’ 在整车的正面碰撞过程中 " 乘员所处的 驾驶室内叫做生 存 区 " 要 求 变 形 非 常 小 " 以 保 证 乘 员的生存空间 ’ 车身主要的变形吸能部分是汽车前 围板之前的部分 " 因 此 " 合 理 的 布 置 汽 车 正 碰 变 形 吸能区的梁系结构十分重要 " 图 % 即为汽车正碰梁 系结构的力和能量传递路径分析 ’ 汽车的前部变形区主要有 ! 个区域 ( 第 $ 个区 域较软 " 是汽车 的 保 险 杠 " 也 就 是 防 撞 梁 外 面 的 塑 料壳子 " 主要是保护行人 $ 第 ! 个区域是吸能区 " 其 中吸能区主要吸能的是汽车主梁 ’ 主梁的变形吸能
图$
汽车正碰仿真和试验结果对比
由于整车的碰撞性能取决于零部件的吸能性 能 ! 要改善整车 的 碰 撞 性 能 ! 必 须 改 善 零 部 件 的 吸
图! 整车碰撞有限元模型
能特性 ! 车辆的 前 部 吸 能 部 件 中 ! 主 梁 起 着 至 关 重 要的作用 !图 ) 是随着时间历程 ! 主梁的变形特性 ’ 变形结果可以从表面上来判断部件吸能性能 的好坏 ! 比如同一个部件发生轴向压缩变形比发生 弯曲变形时吸收的能量多 ’ 但许多情况下 ! 变形的 差别不是非常明显 ! 这个时候需要根据变形的内能 来判断部件吸能多少 ’ 图 , 是主梁的变形内能和整 车变形内能的曲 线 对 比 + 图 8 是 整 车 的 内 能 , 动 能 和总能量随时间历程的变化情况 实车试验是模型检验的基础 ! 采用的指标是 $ 柱加速度曲线 " 计算曲线和试验曲线的对比见图 9" 从图 9 中 可 以 看 到 + 条 曲 线 比 较 相 似 ! 曲 线 的 走
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部件在碰撞吸能过程中作用不同 ! 单元划分的 尺寸也不同 " 正碰时整个车前端是主要变形区 ! 因 此 ! 网格划分的尺寸比较小 ! 以提高模拟精确度 ! 也 减少了沙漏能量的损失 "
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材料模型 在对整车进行前碰撞仿真时 ! 关键问题是材料
模型的正确选用 " 同一个零件在进行不同条件 & 撞 击速度和承受载荷 不 同 $ 下 的 计 算 分 析 时 ! 都 可 能 需要选用不同的材料模型 ’ 对于主梁的碰撞计算 ! 由于梁本身所采用的是低碳钢 ! 在以 ,* .& / ( 的速 度撞击时 ! 主梁发 生 较 大 变 形 ! 材 料 会 发 生 应 变 率