王彬花_基于HyperWorks行人保护大腿碰撞建模仿真分析

① CAD 模型解读，检查是否为对称件； ② 抽取中面，几何清理； ③ 按照尺寸标准划分网格，按照检查标准检查网格质量； ④ 调节网格法向，规范命名部件； ⑤ 总成内部调节穿透，尽量参照几何信息手动调节； ⑥ 定义部件的材料和属性； ⑦ 总成部件之间连接，按照焊点数模、装配图等说明选择合适的方法连接； ⑧为减小模型的单元数量，节约计算时间，将整车模型在 A 柱和 B 柱之间截断，删除后半部分，同 时约束截断面的六个自由度，用车辆前半部分进行仿真分析，如图 1 所示。 ⑨导入标定好的大腿模型，调整位置至冲击点。 ⑩边界定义，进行接触、初始运动条件、加载、约束等定义。
图 1 行人保护车辆约束图
3 大腿碰撞模型建立
3.1 E-NCAP 行人大腿碰撞测试简介
大腿对发动机罩前沿的碰撞试验中，使用代表行人大腿的模型为刚性结构，在撞击一侧应覆盖泡沫 塑料层，装配 2 个负载传感器，分别用于测量大腿模拟撞击器两端所承受的力，同时应装配多个变形测 定器，分别用于测量大腿模拟撞击器中心以及中线两侧 50mm 处所承受的弯曲力矩。
Keywords: HyperWorks, Crash of pedestrian protection upper legform, Modeling and Simulation
analysis
1 前言
在车辆与行人碰撞的交通事故中，行人作为弱势群体，伤亡率相对较高，人体的损伤部位可以覆盖 全身，行人头部和下肢损伤几率最大，各占约 30%。大腿相对于行人的头部和小腿而言伤害比例较小， 但受到伤害后较难治愈。大腿是行人保护设计的难点，很有必要进行研究。
E-NCAP V6.2 中，行人大腿对发动机罩前沿碰撞测试时用到的参照线、测试区域等信息的确定如图 2 所示。行人保护大腿碰撞区域在发动机罩前沿参考线上。
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大腿碰撞区域
图 2 参照线及测试区域确定方法
行人大腿的损伤主要是由于股骨与发动机罩前边缘碰撞时股骨两端产生剪切变形或股骨中部产生 弯曲变形而导致骨折。E-NCAP V6.2 中对行人大腿碰撞试验考核 2 个指标：股骨受力之和、股骨最大弯 矩，具体评价标准如表 1 所示。
6 参考文献
[1] EUROPEAN NEW CAR ASSESSMENT PROGRAMME PEDESTRIAN TESTING PROTOCOL Version 6.2.1[R].2013 [2] Altair HyperWorks User’s Manual
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关键词：HyperWorks 行人保护大腿碰撞 建模仿真 Abstract: In this paper, based on E-NCAP V6.2 version pedestrian protection regulations, the use of
HyperMesh pre-processing software, established the crash analysis simulation model of pedestrian protection of upper legform to the bonnet leading edge, using HyperView view animation and crash deformation, using HyperGraph for data processing, complete the pedestrian protection upper leg simulation analysis of the benchmark model in order to fully investigate the extent of the bonnet to the upper legform injury.
器的撞击角度、撞击速度、撞击能量与碰撞器质量，如表 2 所示。在大腿碰撞区域内选取三个碰撞点进
行仿真，如图 3 所示。
表 2 碰撞点试验参数
碰撞点
U1A
前沿高度(mm)
779
保险杠前缘值(mm)
146
撞击速度(m/s)
10
撞击角度(°)
38
撞击能量(J)
735
碰撞器质量(Kg)
16
U2A
U3A
800
果如图 5、图 6、图 7 及表 4 所示。
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图 5 碰撞点 U1A 标杆车大腿股骨受力之和、股骨弯矩曲线
图 6 碰撞点 U2A 标杆车大腿股骨受力之和、股骨弯矩曲线
图 7 碰撞点 U3A 标杆车大腿股骨受力之和、股骨弯矩曲线
碰撞点位 置 U1A U2A U3A
图 4 大腿对发动机罩前沿碰撞能量变化曲线和质量变化曲线
表 3 能量信息
大腿对发动机罩前沿碰撞
目标
沙漏能占总能量比例
1.0%
<5%
滑移能占总能量比例
3.7%
<5%
质量增加比
3.1%
<5%
4.2 碰撞结果
标杆车行人保护大腿冲击仿真在碰撞点 U1A、U2A、U3A 处的大腿股骨受力之和与股骨弯矩的仿真结
摘 要：本文依据 E-NCAP V6.2 版行人保护法规，运用 HyperMesh 前处理软件，建立了行人保护大腿
腿型对发动机罩前沿的碰撞分析仿真模型，运用 HyperView 查看碰撞动画和变形，用 HyperGraph 对数 据处理，完成标杆车型行人保护大腿的碰撞模拟分析，以全面考察发动机罩对大腿的伤害程度。
798
147
152
10
10
37
பைடு நூலகம்
38
844
851
17
17
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图 3 大腿型冲击器碰撞点位置及碰撞示意图
4 结果分析
4.1 模型检查
将三个不同碰撞位置的大腿碰撞模型分别导入求解器中进行计算。通过 HyperGraph 后处理平台可 以获取碰撞仿真过程中的能量变化曲线和质量变化曲线，如图 4 所示。可以看出，各能量曲线平滑，未 出现明显突变，能量转化平稳，总能量守恒。碰撞中各能量占总能量的比例及模型的质量增加比如表 3 所示，各项指标均满足要求，表明了仿真结果的有效性。
2 整车建模
HyperMesh 是一款高效的有限元前处理软件,它可以对 CAD 数模进行方便灵活地清理和优化,使用网
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格生成工具来快速地创建有限元网格,极大地提高了有限元前处理效率。由于整车零件数模太多，通常 以总成为单位分配给每个人，完成网格划分后再一级一级装配。有限元建模流程主要有以下几个方面：
表 1 E-NCAP V6.2 行人保护大腿评价标准
颜色
得分
股骨受力之和
评价指标
股骨最大弯矩
红
0
≥6kN
≥380Nm
黄
0.01-1.99
5kN＜股骨受力之和＜6kN
300Nm＜弯矩＜380Nm
绿
2
≤5kN
≤300Nm
3.2 碰撞区域及加载
根据 E-NCAP 法规标准测得撞击点的前沿高度与保险杠前缘值，并根据以上两项参数确定大腿碰撞
股骨受力之和 （N） 12052 8923 8451
表 4 大腿冲击仿真分析结果
股骨上端最大 弯矩（Nm）
590 426 346
股骨中部最大弯 矩（Nm） 718 552 397
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股骨下端最大弯 矩（Nm） 646 513 361
得分
0 0 0.3
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4.3 碰撞动画
将结果文件导入到 HyperView 软件查看标杆车行人保护大腿冲击仿真在碰撞点 U1A、U2A、U3A 处的 动画结果，以股骨受力之和峰值时刻示意，如图 8 所示。
图 8 大腿冲击仿真在碰撞点 U1A、U2A、U3A 处的变形情况
5 结论
本文通过利用 Altair HyperWorks 平台，建立了标杆车型的行人保护大腿碰撞仿真模型，对输出的 结果数据进行处理分析，评价大腿伤害程度，大腿在 U1A、U2A、U3A 碰撞点位置得分为 0.3 分。为设计 车型开发提供指导方向。
据 Euro NCAP 官方数据统计显示，多数获得五星安全的车型在行人大腿碰撞环节的得分较低（满分 6 分），随着评价标准的不断提高，获得五星安全也更加困难，也意味着行人大腿保护方面存在很大的 提升空间。
本文依据标准 E-NCAP V6.2 版行人保护法规，应用 Altair HyperWorks 平台，建立了标杆车型的行 人保护大腿碰撞仿真模型，根据输出的结果数据进行了模型验证并评价大腿伤害程度。
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基于 HyperWorks 行人保护大腿碰撞建模仿真分析 The modeling and simulation analysis of pedestrian protection of upper legform based on HyperWorks
王彬花 高翔 范体强 李阳 赵清江 中国汽车工程研究院股份有限公司 重庆 401122