大客车侧翻耐撞性的结构设计方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ห้องสมุดไป่ตู้
大客车侧翻耐撞性的结构设计方法
余 跃１，周 鸿 波２，４，童 水 光３，陈 新 弟４
（１．浙江大学 化工机械研究所，浙江 杭州 ３１００２７；２．浙江大学 动力机械及车辆工程研究所，浙江 杭州 ３１００２７； ３．浙江大学 热工与动力系统研究所，浙江 杭州 ３１００２７；４．青年汽车集团，浙江 金华 ３２１０１６）
由 于 实 车 侧 翻 试 验 耗 资 较 大 ，且 试 验 周 期 长 ，重 复 性 不 好 ，不 利 于 整 车 结 构 耐 撞 性 的 优 化 改 进 ．在 实 车侧翻碰撞之前进 行 侧 翻 试 验 的 模 拟 计 算，有 利 于 节 约 试 验 成 本 ，缩 短 产 品 生 产 周 期 ，提 高 试 验 的 成 功 率［５］．同时，模拟计算的准确性必须由 试 验 来 调 整 与 验 证 ，目 前 国 内 外 还 没 有 客 车 生 产 厂 家 能 够 以 模 拟 计 算来完全替代实车侧翻试验．为了提高某１２ｍ 大客 车 侧 翻 碰 撞 的 性 能 ，本 文 探 讨 一 种 动 态 仿 真 技 术 与 试 验相结合的大客车侧翻耐撞性结构设计方法．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔａｋｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＥＣＥ Ｒ６６，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｂｕｓ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｄ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｒｕｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｓｐａｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ． Ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｉｄｅ ｗａｌｌｓ ａｎｄ ｒｏｏｆ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｕｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ ＥＣＥ Ｒ６６ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ；ＥＣＥ Ｒ６６
７１６
浙 江 大 学 学 报 （工学版） 第４５卷
分 单 元 划 分 较 密 ，地 板 以 下 较 稀 疏 ．因 为 计 算 采 用 的 显式 算 法 是 条 件 稳 定 的，时 间 步 必 须 满 足 Ｃｏｕｒａｎｔ 准则，当选取的最小特征长度为８ｍｍ 左右时，既可 以 保 证 计 算 精 度 ，又 可 以 提 高 计 算 效 率 ． ２．２．２ 材 料 模 型 材料模型 及 参 数 选 取 的 正 确 与 否 直 接 关 系 到 计 算 结 果 的 准 确 性．在 侧 翻 碰 撞 过 程 中 ，塑性变形是 车 身 结 构 的 主 要 吸 能 形 式 ，且 应 变 率 效 应 较 明 显 ，可 以 选 用 多 段 线 性 塑 性 模 型 来 定 义 材 料 的本构关 系［７］，以 Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ模 型 考 虑 应 变 率 影响［８］．该车车身骨架的主要材 料 为 热 轧 挤 压 钢 管， 材 料 参 数 如 表 １ 所 示 ，应 力 －应 变 曲 线 由 试 样 拉 伸 试 验获得．表 １ 中，ρ 为 材 料 密 度，Ｅ 为 弹 性 模 量，μ 为 泊松比，σｓ 为屈服强度，Ｃ、Ｐ 为材料应变率参数．
第 ４５ 卷 第 ４ 期 ２０１１ 年 ４ 月
浙 江 大 学 学 报 （工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１１．０４．０２１
Ｖｏｌ．４５ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１１
２ 仿真模型的对标
２．１ 原 始 侧 翻 模 型 的 建 立 利用 Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软 件 对 原 始 车 型 进 行 有 限 元
网格划分，如图２ 所示．整车模型包含 ５９２ １１５个单 元，６０９ ４７８个节点．分析软件采用 ＬＳ－ＤＹＮＡ．它 是 通用的显式非线性 有 限 元 分 析 程 序，适 合 于 求 解 碰 撞 、冲 击 等 涉 及 几 何 非 线 性 、材 料 非 线 性 及 接 触 非 线 性的复杂问题．
摘 要 ：为 了 提 高 仿 真 结 果 的 准 确 性 ，降 低 产 品 研 发 成 本 和 缩 短 设 计 周 期 ，提 出 动 态 仿 真 技 术 与 试 验 相 结 合 的 大 客 车侧翻耐撞性结构设计方法．以某型大客车为 例，建 立 原 始 车 型 的 侧 翻 碰 撞 有 限 元 模 型 ，按 照 欧 盟 ＥＣＥ Ｒ６６ 法 规 对该车进行动态仿真分析；对原有车型进行侧翻试验，根据试验结果对侧翻碰撞 仿 真 模 型 进 行 对 标 ．仿 真 与 试 验 结 果表明：在侧翻碰撞过程中，车体变形过大，侵入了乘客生存空间，车身局部结构 出 现 凹 陷 现 象．对 车 身 侧 墙 和 车 顶 等部位作了多次结构改进，通过 仿 真 分 析 来 确 定 改 进 结 构 的 侧 翻 耐 撞 性 能，改 进 车 顺 利 通 过 了 ＥＣＥ Ｒ６６ 侧 翻 试 验认证． 关 键 词 ：汽 车 工 程 ；大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 ；动 态 仿 真 ；侧 翻 试 验 ；ＥＣＥ Ｒ６６ 中 图 分 类 号 ：Ｕ ４６３．８２２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－９７３Ｘ（２０１１）０４－７１４－０５
收 稿 日 期 ：２０１０－０１－１３．
浙 江 大 学 学 报 （工 学 版 ）网 址 ：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ
基 金 项 目 ：浙 江 省 重 大 科 技 专 项 资 助 项 目 （２００６Ｃ１１１４９）．
作者简介：余跃（１９８４—），男，浙江温州人，博士生，从事机械 ＣＡＤ／ＣＡＥ 的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｙｕｅｚｊｕ＠１６３．ｃｏｍ
２．２ 影 响 模 型 准 确 性 的 因 素 侧翻仿真模拟的准确性以实车碰撞试验结果作
为 参 考 依 据 ，在 结 构 上 与 实 车 保 持 一 致 的 前 提 下 ，从 网 格 质 量 、材 料 模 型 、接 触 算 法 与 能 量 控 制 ４ 个 方 面 对仿真模型进行调整与校验． ２．２．１ 网 格 质 量 在 碰 撞 仿 真 的 大 变 形 过 程 中 ，单 元类型、大 小 及 网 格 质 量 对 计 算 精 度 有 很 大 的 影 响［６］．车身结构以薄壁矩形钢管为主，故单元类 型 选 用适 合 于 薄 壳 结 构 的 Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ－Ｔｓａｙ 壳 单 元，权 衡计算精度与时间成本来选取单元厚度方向的积分 点数，对四边形单 元 形 状 如 长 宽 比、翘 曲 度、最 大 角 和最小角等都作了 严 格 规 定．由 于 在 侧 翻 碰 撞 过 程 中车顶与 侧 墙 变 形 较 大 而 底 架 部 分 几 乎 不 发 生 变 形 ，为 了 提 高 计 算 效 率 ，在 划 分 网 格 时 车 顶 与 侧 墙 部
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ
ＹＵ Ｙｕｅ１，ＺＨＯＵ Ｈｏｎｇ－ｂｏ２，４，ＴＯＮＧ Ｓｈｕｉ－ｇｕａｎｇ３，ＣＨＥＮ Ｘｉｎ－ｄｉ ４
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｐｏｗｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｙｏｕｎｇ Ｍａｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ，Ｊｉｎｈｕａ３２１０１６，Ｃｈｉｎａ）
图 １ 大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 结 构 设 计 流 程 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉ－
ｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ
图 ２ 整 车 有 限 元 模 型 Ｆｉｇ．２ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
通 信 联 系 人 ：童 水 光 ，男 ，教 授 ，博 导 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｅｔｏｎｇｓｇ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第４期
余 跃 ，等 ：大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 的 结 构 设 计 方 法
７１５
大中型客车由于翻车容易导致群死群伤的交通 事故［１－２］．为了减少 客 车 翻 滚 事 故 中 的 伤 亡 率 ，美 国 和欧洲先后制定了 对 客 车 上 部 结 构 要 求 的 标 准，其 中欧盟 ＥＣＥ Ｒ６６要求客车进行侧翻试验，客车在翻 滚后要保 持 一 定 的 乘 员 生 存 空 间［３－４］．国 内 制 定 的 “客车 上 部 结 构 强 度 的 规 定”（ＧＢ／Ｔ １７５７８—１９９８） 基本上参考了 ＥＣＥ Ｒ６６标准．
１ 大客车侧翻耐撞性结构设计流程
基于动态仿真技术与试验相结合的大客车侧翻 碰撞耐撞性结构设 计 流 程 如 图 １ 所 示，它 包 括 仿 真 模型准确性的调整 与 校 验、车 身 耐 撞 性 结 构 的 改 进
两 方 面 内 容 ．在 耐 撞 性 结 构 改 进 设 计 之 前 ，以 原 始 车 型 的 侧 翻 碰 撞 试 验 结 果 为 标 准 ，通 过 对 网 格 质 量 、材 料模型、接触算法及 能 量 控 制 等 模 型 参 数 的 修 正 和 调整，使仿真与试验 结 果 间 的 误 差 保 持 在 一 定 范 围 内，确保仿真分析 模 型 的 准 确 性．然 后，以 提 高 整 车 的侧翻耐撞性能为 目 标 对 车 身 结 构 进 行 改 进，通 过 仿真分析评价改进 后 的 效 果．对 各 种 改 进 方 案 进 行 对比研究，分析客车 侧 翻 耐 撞 性 结 构 部 件 在 碰 撞 中 的变形和吸能情况 以 及 乘 客 的 生 存 空 间 大 小．最 终 获得一个符合 ＥＣＥ Ｒ６６法规的方案，以通过实车侧 翻试验认证．
大客车侧翻耐撞性的结构设计方法
余 跃１，周 鸿 波２，４，童 水 光３，陈 新 弟４
（１．浙江大学 化工机械研究所，浙江 杭州 ３１００２７；２．浙江大学 动力机械及车辆工程研究所，浙江 杭州 ３１００２７； ３．浙江大学 热工与动力系统研究所，浙江 杭州 ３１００２７；４．青年汽车集团，浙江 金华 ３２１０１６）
由 于 实 车 侧 翻 试 验 耗 资 较 大 ，且 试 验 周 期 长 ，重 复 性 不 好 ，不 利 于 整 车 结 构 耐 撞 性 的 优 化 改 进 ．在 实 车侧翻碰撞之前进 行 侧 翻 试 验 的 模 拟 计 算，有 利 于 节 约 试 验 成 本 ，缩 短 产 品 生 产 周 期 ，提 高 试 验 的 成 功 率［５］．同时，模拟计算的准确性必须由 试 验 来 调 整 与 验 证 ，目 前 国 内 外 还 没 有 客 车 生 产 厂 家 能 够 以 模 拟 计 算来完全替代实车侧翻试验．为了提高某１２ｍ 大客 车 侧 翻 碰 撞 的 性 能 ，本 文 探 讨 一 种 动 态 仿 真 技 术 与 试 验相结合的大客车侧翻耐撞性结构设计方法．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｓｔｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔａｋｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＥＣＥ Ｒ６６，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｂｕｓ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｄ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｒｕｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｓｐａｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ． Ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｉｄｅ ｗａｌｌｓ ａｎｄ ｒｏｏｆ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｕｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｅ ＥＣＥ Ｒ６６ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｔｅｓｔ；ＥＣＥ Ｒ６６
７１６
浙 江 大 学 学 报 （工学版） 第４５卷
分 单 元 划 分 较 密 ，地 板 以 下 较 稀 疏 ．因 为 计 算 采 用 的 显式 算 法 是 条 件 稳 定 的，时 间 步 必 须 满 足 Ｃｏｕｒａｎｔ 准则，当选取的最小特征长度为８ｍｍ 左右时，既可 以 保 证 计 算 精 度 ，又 可 以 提 高 计 算 效 率 ． ２．２．２ 材 料 模 型 材料模型 及 参 数 选 取 的 正 确 与 否 直 接 关 系 到 计 算 结 果 的 准 确 性．在 侧 翻 碰 撞 过 程 中 ，塑性变形是 车 身 结 构 的 主 要 吸 能 形 式 ，且 应 变 率 效 应 较 明 显 ，可 以 选 用 多 段 线 性 塑 性 模 型 来 定 义 材 料 的本构关 系［７］，以 Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ模 型 考 虑 应 变 率 影响［８］．该车车身骨架的主要材 料 为 热 轧 挤 压 钢 管， 材 料 参 数 如 表 １ 所 示 ，应 力 －应 变 曲 线 由 试 样 拉 伸 试 验获得．表 １ 中，ρ 为 材 料 密 度，Ｅ 为 弹 性 模 量，μ 为 泊松比，σｓ 为屈服强度，Ｃ、Ｐ 为材料应变率参数．
第 ４５ 卷 第 ４ 期 ２０１１ 年 ４ 月
浙 江 大 学 学 报 （工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１１．０４．０２１
Ｖｏｌ．４５ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１１
２ 仿真模型的对标
２．１ 原 始 侧 翻 模 型 的 建 立 利用 Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软 件 对 原 始 车 型 进 行 有 限 元
网格划分，如图２ 所示．整车模型包含 ５９２ １１５个单 元，６０９ ４７８个节点．分析软件采用 ＬＳ－ＤＹＮＡ．它 是 通用的显式非线性 有 限 元 分 析 程 序，适 合 于 求 解 碰 撞 、冲 击 等 涉 及 几 何 非 线 性 、材 料 非 线 性 及 接 触 非 线 性的复杂问题．
摘 要 ：为 了 提 高 仿 真 结 果 的 准 确 性 ，降 低 产 品 研 发 成 本 和 缩 短 设 计 周 期 ，提 出 动 态 仿 真 技 术 与 试 验 相 结 合 的 大 客 车侧翻耐撞性结构设计方法．以某型大客车为 例，建 立 原 始 车 型 的 侧 翻 碰 撞 有 限 元 模 型 ，按 照 欧 盟 ＥＣＥ Ｒ６６ 法 规 对该车进行动态仿真分析；对原有车型进行侧翻试验，根据试验结果对侧翻碰撞 仿 真 模 型 进 行 对 标 ．仿 真 与 试 验 结 果表明：在侧翻碰撞过程中，车体变形过大，侵入了乘客生存空间，车身局部结构 出 现 凹 陷 现 象．对 车 身 侧 墙 和 车 顶 等部位作了多次结构改进，通过 仿 真 分 析 来 确 定 改 进 结 构 的 侧 翻 耐 撞 性 能，改 进 车 顺 利 通 过 了 ＥＣＥ Ｒ６６ 侧 翻 试 验认证． 关 键 词 ：汽 车 工 程 ；大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 ；动 态 仿 真 ；侧 翻 试 验 ；ＥＣＥ Ｒ６６ 中 图 分 类 号 ：Ｕ ４６３．８２２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－９７３Ｘ（２０１１）０４－７１４－０５
收 稿 日 期 ：２０１０－０１－１３．
浙 江 大 学 学 报 （工 学 版 ）网 址 ：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ
基 金 项 目 ：浙 江 省 重 大 科 技 专 项 资 助 项 目 （２００６Ｃ１１１４９）．
作者简介：余跃（１９８４—），男，浙江温州人，博士生，从事机械 ＣＡＤ／ＣＡＥ 的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｙｕｅｚｊｕ＠１６３．ｃｏｍ
２．２ 影 响 模 型 准 确 性 的 因 素 侧翻仿真模拟的准确性以实车碰撞试验结果作
为 参 考 依 据 ，在 结 构 上 与 实 车 保 持 一 致 的 前 提 下 ，从 网 格 质 量 、材 料 模 型 、接 触 算 法 与 能 量 控 制 ４ 个 方 面 对仿真模型进行调整与校验． ２．２．１ 网 格 质 量 在 碰 撞 仿 真 的 大 变 形 过 程 中 ，单 元类型、大 小 及 网 格 质 量 对 计 算 精 度 有 很 大 的 影 响［６］．车身结构以薄壁矩形钢管为主，故单元类 型 选 用适 合 于 薄 壳 结 构 的 Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ－Ｔｓａｙ 壳 单 元，权 衡计算精度与时间成本来选取单元厚度方向的积分 点数，对四边形单 元 形 状 如 长 宽 比、翘 曲 度、最 大 角 和最小角等都作了 严 格 规 定．由 于 在 侧 翻 碰 撞 过 程 中车顶与 侧 墙 变 形 较 大 而 底 架 部 分 几 乎 不 发 生 变 形 ，为 了 提 高 计 算 效 率 ，在 划 分 网 格 时 车 顶 与 侧 墙 部
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ
ＹＵ Ｙｕｅ１，ＺＨＯＵ Ｈｏｎｇ－ｂｏ２，４，ＴＯＮＧ Ｓｈｕｉ－ｇｕａｎｇ３，ＣＨＥＮ Ｘｉｎ－ｄｉ ４
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｐｏｗｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｙｏｕｎｇ Ｍａｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ，Ｊｉｎｈｕａ３２１０１６，Ｃｈｉｎａ）
图 １ 大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 结 构 设 计 流 程 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｆｏｒ ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉ－
ｎｅｓｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｂｕｓ
图 ２ 整 车 有 限 元 模 型 Ｆｉｇ．２ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
通 信 联 系 人 ：童 水 光 ，男 ，教 授 ，博 导 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｅｔｏｎｇｓｇ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第４期
余 跃 ，等 ：大 客 车 侧 翻 耐 撞 性 的 结 构 设 计 方 法
７１５
大中型客车由于翻车容易导致群死群伤的交通 事故［１－２］．为了减少 客 车 翻 滚 事 故 中 的 伤 亡 率 ，美 国 和欧洲先后制定了 对 客 车 上 部 结 构 要 求 的 标 准，其 中欧盟 ＥＣＥ Ｒ６６要求客车进行侧翻试验，客车在翻 滚后要保 持 一 定 的 乘 员 生 存 空 间［３－４］．国 内 制 定 的 “客车 上 部 结 构 强 度 的 规 定”（ＧＢ／Ｔ １７５７８—１９９８） 基本上参考了 ＥＣＥ Ｒ６６标准．
１ 大客车侧翻耐撞性结构设计流程
基于动态仿真技术与试验相结合的大客车侧翻 碰撞耐撞性结构设 计 流 程 如 图 １ 所 示，它 包 括 仿 真 模型准确性的调整 与 校 验、车 身 耐 撞 性 结 构 的 改 进
两 方 面 内 容 ．在 耐 撞 性 结 构 改 进 设 计 之 前 ，以 原 始 车 型 的 侧 翻 碰 撞 试 验 结 果 为 标 准 ，通 过 对 网 格 质 量 、材 料模型、接触算法及 能 量 控 制 等 模 型 参 数 的 修 正 和 调整，使仿真与试验 结 果 间 的 误 差 保 持 在 一 定 范 围 内，确保仿真分析 模 型 的 准 确 性．然 后，以 提 高 整 车 的侧翻耐撞性能为 目 标 对 车 身 结 构 进 行 改 进，通 过 仿真分析评价改进 后 的 效 果．对 各 种 改 进 方 案 进 行 对比研究，分析客车 侧 翻 耐 撞 性 结 构 部 件 在 碰 撞 中 的变形和吸能情况 以 及 乘 客 的 生 存 空 间 大 小．最 终 获得一个符合 ＥＣＥ Ｒ６６法规的方案，以通过实车侧 翻试验认证．