汽车侧面碰撞有限元仿真建模

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４８６江苏大学学报（自然科学版）第２６卷

节点刚性体，它通过选择你所需焊接的节点，可以将任意多层的节点刚性联接，限制这些节点的所有自由度，起到与焊点同样的作用．

２．２．２零部件的选取与简化

通过观看实车和实车碰撞过程，分析零部件对碰撞的影响大小．对影响较大的构件，如碰撞侧面车门内外板、Ａ／Ｂ／Ｃ柱、前轮罩、座椅、顶盖、车窗机械部件等，应精确建模，对影响不大的零部件，如悬架系统、转向机构、轮胎、横梁等，要抓住其主要的几何形状，对侧面碰撞基本没有影响的构件，如发动机、变速箱、后围、保险杠、行李箱盖等，可以忽略．对于筛选出的零部件，也存在一个简化问题，在此过程中，必须以实车碰撞的结果为依据，按受力和变形情况，合理地对现有结构进行简化．如发动机和变速箱，在轿车上这两者都位于汽车前部的发动机室．在侧面碰撞仿真计算中，它们的形状与结构基本不影响计算结果，所以一般采用刚性质量体来代替．２．２．３移动变形壁障模型和假人模型

根据法规要求，建立了移动变形壁障模型，并按照法规移动变形壁障动态验证试验的要求验证了移动变形壁障模型的正确性ｐＪ．

采用的假人模型为ＶＰＧ／ｓａｆｅｔｙ模块中提供的ＥｕｒｏｓＩＤ—Ｉ假人模型，在用其进行侧面碰撞仿真前，按照ＥｕｎｏｓＩＤ—Ｉ假人标定程序的要求，对假人模型进行了标定试验仿真．

２．２．４时间步长控制

由于Ｌｓ—ＤＹＮＡ采用显式算法进行直接积分，其优点是适用面广、精度高且能够处理异常复杂的约束边界，每步计算时间和内存开销很小．其不足之处是受ｃｏｕｍｎｔ稳定性准则制约的积分时间步长太小，使得解的稳定性是有条件的，只有选用较小的时间步长才能保证计算结果的正确．一个有限元离散系统的临界时间步长取决于该系统的最高频率成分．中心差分法的稳定性准则可表示为２／∞。、，系统的最高频率∞…是由该系统的最小尺寸单元所决定的．实际计算时，计算系统的最高固有频率很麻烦，所以可采用有限元单元网格的特征长度Ｌ除以应力波传播速度ｃ来近似临界时间步长．由于临界时间步长与单元网格特征长度有关．随着结构变形，单元网格特征长度不断发生变化．所以，时间步长的确定需要在实践中探索．

２．２．５沙漏控制

由于显式有限元算法采用减缩积分，虽然避免了体积闭锁，大大降低了计算时间，但同时也带来了沙漏模式，或称为零能模式．沙漏变形过大，仿真会失败．因此，必须采用适当的沙漏控制系数．文中通过总体附加刚度或粘性阻尼来控制，在ＬＳ—ＤＹＮＡ中由关键字十％ＣＯＮＴＲＯＬＨＯｕＲＧＬＡＳＳ控制．２．２．６接触问题

在侧面碰撞仿真中，建立合理的接触模型是非常重要的．在处理侧面碰撞仿真中所遇到的接触问题的时候，文中采用了两种比较常用的接触方式：自动单面接触和自动面对面接触．

对于汽车自身、侧碰假人自身和移动变形壁障自身的接触问题，文中采用自动单面接触，这种接触算法会对设定的模型范围内所有外表面进行搜索，来检查其间是否发生穿透，由于所有的外表面都在搜索范围内，不需要定义主／从接触对，但单面接触需要的计算时间会比其他接触方式要长，因为它需要对所有的表面进行穿透检查．于是，在定义单面接触的时候，应尽可能减小单面接触模型定义的范围，从而尽可能缩短计算时间．

对于移动变形壁障与汽车之间、汽车与侧碰假人之间、汽车轮胎与地面、移动变形壁障车轮与地面的接触问题，文中采用自动面一面接触，这种接触通常可以用来模拟刚体一柔体和柔体一柔体的面面接触问题．定义面一面接触需要选择接触的主／从面，形成接触对，通常通过实常数来识别接触对．

２．２．７侧面碰撞仿真

按照欧洲侧面碰撞法规ＥｃＥＲ９５，应用ＶＰＧ软件中的ＶＰＧ／ｓ如ｔｙ模块进行侧面碰撞仿真．整个实车侧面碰撞模型如图１所示，共有１８７２０８个节点，１８４０４６个单元．

图ｌ实车侧面碰撞仿真模型

Ｆｉｇ．１Ｆｉｎｉｔｅ

ｅｌｅｍ∞ｔｍｏｄｅｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅｓｉｄｅｃｒａｓｈ２．３侧面碰撞仿真与试验结果对比

根据试验中测得的数据，与汽车相关的检查和比

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