FFS法应用于汽车保险杠碰撞仿真分析研究
汽车保险杠正面低速碰撞仿真研究
汽车保险杠正面低速碰撞仿真研究
万长东;巢凯年;赵侠
【期刊名称】《轻型汽车技术》
【年(卷),期】2005(000)010
【摘要】汽车低速正面碰撞过程中,保险杠的作用不容忽视.本文依据国家强制性法规,利用ansys/dyna软件对某保险杠系统进行计算机仿真.通过对仿真结果的分析,提出改进措施;改进后的结构仿真结果表明,保险杠的碰撞性能得到改善.
【总页数】3页(P17-19)
【作者】万长东;巢凯年;赵侠
【作者单位】西华大学交通与汽车工程学院;西华大学交通与汽车工程学院;西华大学材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.汽车保险杠系统吸能盒结构参数对低速碰撞下吸能特性的影响 [J], 李超超;向建华;王慧敏
2.基于LS-DYNA的汽车保险杠低速碰撞仿真研究 [J], 胡韶文;宋年秀;许津;孙根柱;刘鹏
3.汽车保险杠吸能盒低速碰撞稳健性分析及优化 [J], 丁玲;朱雄
4.基于SolidWorks和LS-DYNA的汽车保险杠低速碰撞仿真研究 [J], 谢颂京
5.汽车保险杠低速碰撞安全性能优化 [J], 洪亮;葛如海;宫燃;王立振
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汽车碰撞模拟仿真分析2024
引言概述汽车碰撞模拟仿真分析是一种用于研究汽车碰撞行为和评估车辆安全性能的有效工具。
通过模拟仿真分析，可以预测车辆碰撞时的动力学响应、车辆结构变形、乘员保护性能等重要参数，从而为车辆设计和安全评价提供依据。
本文将从不同角度详细分析汽车碰撞模拟仿真分析的相关内容。
正文内容1. 碰撞模拟仿真的意义和优势1.1 碰撞模拟仿真的意义碰撞模拟仿真可以在物理实验之前对车辆性能和安全性进行全面有效的评估，为车辆设计提供指导和改进方向。
1.2 碰撞模拟仿真的优势碰撞模拟仿真可以大幅度节省成本和时间，减少人力资源和实验设备的消耗，同时可以对碰撞过程中的细节进行深入分析。
2. 碰撞模拟仿真的基本原理和方法2.1 碰撞模拟仿真的基本原理碰撞模拟仿真基于有限元法和多体动力学原理，通过对车辆和碰撞体建立的数学模型进行求解，得出车辆碰撞时的动力学响应和结构变形。
2.2 碰撞模拟仿真的基本方法碰撞模拟仿真的基本方法包括车辆建模、材料特性建模、约束条件设定、求解模拟过程和结果分析等。
3. 碰撞模拟仿真的关键技术与挑战3.1 车辆碰撞行为建模车辆碰撞行为建模是碰撞模拟仿真的关键技术之一，需要考虑车辆的刚体运动、车辆结构变形和碰撞力的传递等因素。
3.2 材料特性建模材料特性建模是碰撞模拟仿真中的关键技术之一，需要准确描述车辆结构材料的力学行为，即材料的本构关系和损伤模型。
3.3 碰撞力传递与刚体运动碰撞力传递与刚体运动是碰撞模拟仿真中的关键技术之一，需要准确计算车辆碰撞过程中的力学响应，包括碰撞时间、碰撞角度和碰撞动量等。
3.4 界面接触与摩擦界面接触与摩擦是碰撞模拟仿真中的关键技术之一，需要准确描述车辆和碰撞体之间的接触行为和摩擦特性，包括接触力和接触面积等。
3.5 解算算法与计算效率解算算法与计算效率是碰撞模拟仿真中的关键技术之一，需要选择合适的数值方法和算法，提高仿真计算的精度和效率。
4. 汽车碰撞模拟仿真的应用领域4.1 车辆设计与优化汽车碰撞模拟仿真可以帮助车辆制造商进行车辆设计和优化，提高车辆的安全性和性能。
汽车前保险杠碰撞过程动力学仿真与分析
７６
华 东 交 通 大 学 学 报
２０１８拄
ＬＳ—ＤＹＮＡ对车 一桥 墩碰 撞进 行仿 真模 拟 ，探讨 碰撞 角度 与撞 击力 的二 次 函数 关 系用 于车 一桥墩 碰撞 的可行 性 ，研究 结 果说 明碰撞 角度 与撞 击力 成 三次 函数 关 系 ，并 证 实角 度与 桥梁 的位移 成一 次 线性 关 系 。综上 ，大 多数学 者对 前保 险杠 的研 究 主要集 中在 前纵 梁 的截 面 、厚 度 、材 料及 其诱 导 结构 等方 面 ，但 少有 学 者对 实 车 前 保 险杠 系统进 行 分析 。
关 键 词 ：前 保 险 杠 ：有 限元 模 型 ：耐撞 性 ；显 示 动 力 学
中 图分 类 号 ：Ｕ４６３．５５
文 献 标 志 码 ：Ａ
正碰 是 汽车 碰撞 的主要 形式 ，所 占比例 高达 ６６．９％ｔｕ。前保 险杠 作 为正 面碰 撞 的 主要 吸能部 件 ，其 耐撞 性决 定 了汽车 的被 动安 全性 ，受 到学者 们 的广泛 关 注 。
２０世 纪 ３Ｏ年代 ，国外 开 始采用 整 车碰撞 法 进行 汽车 碰撞研 究 ，该方 法 虽可模 拟 出实车 碰撞 的真 实状 况 ，但可 重复 性低 、试验 时 间长和 成本 高等 缺点 制约 了它 的使 用范 围 。２０世 纪 ７Ｏ年 代 ，计 算机 仿真 法凭 借试 验周 期短 、成 本低 、重复 性好 等优 点而 作为 一种 有效 的研 究方 法 ，开始 被运用 于 汽车碰 撞研 究 。２０世纪 ８Ｏ年 代 ，Ｂｅｎｓｏｎ和 ＨａｌｌｑｕｉｓｔＥ２１初 次运 用显 式有 限元 方法 进行 了整 车碰 撞仿 真 模拟 。高彬［３１对 某款 轿 车某些 部 件进 行 简化 和 离散 后 ，模拟 了其 与 刚性 墙 的碰撞 过 程 ，分 析 和 评价 了该 车 的碰 撞 性 能 。金 信 炬 和葛 如 海 利 用 Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ分 别建 立 了重 型汽 车保 险杠 系统 与 刚性 低速 正 碰与 摆锤 偏碰 ２种工 况 ，再 通过 ＬＳ—ＤＹＮＡ进行 求解 ，获 得 了保 险杠 的变形 、加速 度 等参数 ，分 析 了某 重 型汽 车保 险杠 的低 速碰撞 性 能 。杨 艳 庆和 田晋跃 ｌ５１基 于 ＬＳ—ＤＹＮＡ分析 了前 纵梁 部 分薄 壁梁 表 面开 矩 形 吸能孔 的状 况 ，对 薄壁 梁有 限 元模 型 进行 优 化 和分 析 了 优化 后保 险杠 模 型碰撞 的力 学性 能 。Ｈｏｓｓｅｉｎｉｐｏｕｒ等［６１研 究 了不 同 间距诱 导槽 对薄壁 金 属管碰 撞过 程 中 的载 荷一位 移 曲线 、能量 吸收及 构件 变形 的影 响 ，并发 现理论 结果 与 实验结 果 吻合 良好 。Ｚｈａｎｇ等［７１研究 了不 同截 面加 固策 略在碰 撞 中的影 响 。Ｐａｋｉｚｅｈｋａｒ等 ＿８】利 用 ＡＮＳＹＳ建立 了沟 槽 管 的有 限元模 型并 借 助 ＬＳ—ＤＹＮＡ求 解器 进行 求解 ，研 究和 分析 了周 向槽 的 间距 与数量 对载荷 一位移 曲线 和 能量 吸收 一位移 曲线 以及 初 始屈 曲载 荷 的影 响 ，并 发现 有 限元结 果与 实验 结果 吻合 良好 。Ｅｌｍａｒａｋｂｉ等 ０１对钢 材 和铝材 薄壁 Ｓ形纵 梁 和薄壁 管前 端 结构 的碰 撞 形式 和能 量 吸收 特性 进行 了有 限元仿 真 模拟 ，并 优化 吸 能构 件 的设计 。Ｅｍａｍｉ等 ｌｌ １利 用 显示 有 限元 软件 ＬＳ—ＤＹＮＡ模 拟 了带 环形 凹槽 的圆柱 形金 属构 件 碰撞 过程 中的能 量 吸收 状况 及 其变 形形 式 ，还 以 比吸能和 载荷 比的最 佳值 为 目标 函数进 行优 化设 计 。Ｚｈａｎｇ等ｌｌ２１指 ｍ在 同样 的轴 向压力下 ，多元 薄壁 梁 比 单 元 薄壁梁 吸 收更 多 的能 量 。周伶 俐 等［ ３１将 反 转螺 旋 型薄壁 结 构 引入 汽车 前纵 梁 的结 构设 计 ，以截 面 形状 参 数 、旋 角 和分 段数 为 设计 变 量 ，并 以 吸能 最 大化 为 目标 函数进 行优 化 计 算 。苏 建 等ｌｌ ４ｌ对 前 纵梁 碰 撞 过 程 进 行 了模 拟仿 真 ，通 过 添加 诱 导槽 及 添 加加 强 板 的方 式对 前 纵梁 结 构 进行 了优化 。程海 根 和邹 江娜 ｌ１５１运 用
汽车保险杠碰撞仿真分析
汽车保险杠碰撞仿真分析本文研究汽车保险杠碰撞仿真分析。
一、导入汽车保险杠有限元模型1）选择【文件】→【导入】→【草图】命令,出现【导入部件】对话框，选择汽车保险杠IGS零件,从IGES文件创建部件,如图1 ，完成汽车保险杠有限元模型导入，如图2 。
图1 导入汽车保险杠有限元模型图2 汽车保险杠有限元模型二、部件装配1）选择【模块：装配】→【Create:Instance】命令，出现【创建实例】对话框。
2）在【创建实例从】栏中选择【部件】，然后同时选择【bao_xian_gang】，其他条件默认不变,如图3，模型装配完成，如图4。
图3 创建实例图4 模型装配完成二、属性定义1）选择【模块：属性】→【创建材料】命令,出现【编辑材料】对话框.2）在【名称】栏中输入：Steel ，选择【通用】→【密度】→质量密度：8700 ，再选择【力学】→【弹性（E)】→【弹性】→弹性模量：200000和泊松比:0.3 ，其他值保持默认不变,点击【确定】，如图5 。
3）选择【创建截面】命令，出现【创建截面】对话框。
4）在【名称】栏中:Scetion-1，材料：Steel ,点击【确定】，如图6 .5）选择【指派截面】命令，选择要指派的截面区域，点选整个bao_xian_gang 模型，点击【完成】，出现【编辑截面指派】对话框如图7 ，保持默认值不变，点击【确定】，当bao_xian_gang 模型变为绿色，代表材料属性赋予完成,如图8 。
图5 编辑材料对话框图6 编辑截面图7 编辑截面指派图8 材料属性赋予完成三、分析步设置1）选择【模块：分析步】→【创建分析步】命令,出现【创建分析步】对话框。
2）在【名称】栏中保持默认Step—1 ,然后【initial】→【通用】→【静力，通用】，点击【继续】，如图9 ,出现【编辑分析步】对话框,选择【几何非线性】:开,其他保持默认值不变,点击【确定】,如图10。
3）选择【模块：分析步】→【创建分析步】命令,出现【创建分析步】对话框，在【名称】栏中输入:Step—1，然后【initial】→【通用】→【静力,通用】，点击【继续】，出现【编辑分析步】对话框，选择【几何非线性】：开，其他保持默认值不变，点击【确定】。
《汽车技术》杂志2008年总目次
武 斐 汽油机 ＯＢ Ｄ失火标定技术的研 究（ 中国Ⅲ 、 Ⅳ阶段 ）………… …………………… …………………… …
王 ＧＭＬ ＡＮ车 载 网 络 总 线技 术 … … … … … … … … …等 … …等 等 等 … … … … … … …… … … … …等 … … 恩华 等 等 等 等 … 等 …… … … 等 等 等 等 等 等 等 等 … … 于 发 动 机 曲轴 系统 扭 转 振 动 分析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 学华
基 于 Ｃ ｒｉ Ｒ ａＳｍ Ｔ的 车辆 稳 定 性 系 统 控 制 器开 发 … … ・ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 。 郭 孔辉 等 … 。
黄 东风 “ 猛±” 高机动性越野汽车设计方法创新 ……… …… …………………… …………………………… 松 朱 轿 车 乘 坐 舒 适性 主 观 评 价 方 法 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 天军 等
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等 等 等 等 等
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张 ４ 重 型 汽 车平 衡 悬 架 用 推 力杆 的 强度 设 计 … …＂ … … …卜 … …卜 … …… … … … … … … … … … … 俊荣 Ｏｔ … 卜 … 卜 … 卜 卜 卜排 气 噪声 异 响及 心 理 声学 分析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 艳 芳
论述汽车保险杠碰撞的有限元分析
论述汽车保险杠碰撞的有限元分析1 概述在科学技术日益发达的今天，人们的代步工具已发生了巨大的改变。
在我国，现如今汽车已经走进了千家万户。
汽车的安全性能就成为了大家非常关注的话题。
所以如何提高汽车在碰撞过程中的耐撞性和尽可能地减少乘客的伤亡将成为我国汽车安全性研究的重要话题。
国外对整车碰撞模拟的研究经过二十多年的发展，积累了大量的经验，也制定了相应的标准和规范。
而我国在整车的碰撞模拟研究才刚刚起步，相应的标准和规范也还没有建立起来，涉及到的一些技术问题也还没解决。
本文就是对简易保险杠进行碰撞模拟分析，从而来探讨了从结构设计方面提高汽车保险杠的耐撞性的有效途径。
2 用ANSYS软件画出保险杠的简易模型模型由两部分组成：一个是保险杠，一个是支架。
这两部分是通过焊接而相连的。
考虑到保险杠外形是曲面，在ANSYS中不易建立模型，所以简易成平面的，便于计算。
3 建立汽车保险杠的有限元模型由于保险杠是由薄壁板制成，所以整个模型选用薄壳单元（Shell63）进行网格划分。
网格划分后的模型如图2所示。
单元划分应尽量避免小单元，因为这样会大大减小时间步长，增加求解时间。
也应避免夹角单元和翘曲的壳，这将降低结果精度。
本保险杠材料采用了40Cr，弹性模量E=210GPa，泊松比为0.3。
4 进行模拟碰撞，施加载荷5 进行计算，并求出结果最大应力SEQV=0.14E+10Pa最小应力SEQV=0Pa最大位移USUM=0.002548m最小位移USUM=0m6 分析结论与设想6.1 通过以上的分析计算，可得如下结论（1）保险杠的尺寸越大，保险杠的变形就越大。
（2）保险杠的重量越轻，则保险杠的变形就越大。
（3）保险杠的支架强度必须要与保险杠匹配，有限元分析表明保险杠体产生一定的塑性变形的同时，保险杠支架也开始形成塑性区，合理地加强支架的强度有利于提高保险杠系统对碰撞能量的吸收。
大家都知道保险杠之所以能保护乘客的安全，就在于保险杠不仅耐撞，还在于在汽车发生撞击时，保险杠发生了变形，保险杠吸收了撞击时的大部分能量。
汽车前保险杠碰撞过程动力学仿真与分析
汽车前保险杠碰撞过程动力学仿真与分析涂文兵;何海斌;刘乐平;罗丫【摘要】The front bumper is the main energy-absorbing component inthe frontal impact, which, to a large ex-tent, determines the crashworthiness and safety of a vehicle. Based on the large deformation and nonlinear con-tact of front bumper in the process of vehicle collision, the finite element model of front bumper (including bumper, energy-absorbing box and longitudinal beam) colliding with the rigid wall were established. The piece-wise linear plastic material constitutive model and explicit dynamic finite element method were adopted to dy-namically simulate the process of collision and the deformation, energy changes and impact force curve of bumper, energy-absorbing box and longitudinal beam were obtained. The simulation results are in good agree-ment with the experimental results, which verifies the correctness of the finite element model. The research re-sults show that the inducing structure of slot type is easier to induce the fold deformation of longitudinal beamthan that of the inducing structure of box type, and the impact force curve fluctuates with the fold deformation of longitudinal beam.%前保险杠是汽车正碰主要吸能部件,在很大程度上决定了汽车的耐撞性与安全性.针对汽车碰撞过程中前保险杠的大变形和非线性接触问题,建立了某款国产轿车前保险杠(包括:保险杠、吸能盒和纵梁)与刚性墙碰撞有限元模型.采用分段线性塑性材料本构模型和显式动力学有限元法对其碰撞过程进行动态仿真,获得了保险杠、吸能盒和纵梁的变形情况、能量变化情况以及碰撞力曲线.仿真结果与实验结果吻合良好,从而验证了有限元模型正确性.结果表明,槽型诱导结构比盒型诱导结构更容易诱导纵梁产生褶皱变形,且碰撞力曲线随纵梁的褶皱变形产生波动.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】7页(P75-81)【关键词】前保险杠;有限元模型;耐撞性;显示动力学【作者】涂文兵;何海斌;刘乐平;罗丫【作者单位】华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】U463.55正碰是汽车碰撞的主要形式，所占比例高达66.9%[1]。
乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究
乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究汽车在拥挤路段容易发生低速碰撞和刮蹭,在事故中极易受到损伤的就是汽车前保险杠。
这对汽车保险杠的力学性能提出了较高要求。
国内外汽车生产厂商,特别是汽车外饰零配件厂商对保险杠的研发投入不断增加,国内外的专家学者对保险杠在碰撞过程中所表现出的耐冲击性也进行了不断地研究和探索。
因而,对乘用车的前保险杠在碰撞过程中表现出来的动力学特性以及吸能特性进行研究有着非常重要的意义。
本文对国内外汽车保险杠低速碰撞性能研究方法以及发展状况进行总结和分析,在此基础之上依据我国国家标准《GB17354-1998汽车前、后端保护装置》确定了仿真和试验分析方案,利用Hypermesh 软件对前保险杠的CAD模型进行抽取中面、几何清理并完成有限元网格的划分,然后导入Abaqus中完成模型装配,并对有限元模型完成截面属性的定义、连接关系的设置、接触关系和接触算法选取以及沙漏能控制的设置,依据仿真分析方案对有限元模型进行了边界条件的设置,建立了包括前保险杠总成、吸能泡沫、防撞梁、试验胎具、台车和摆锤在内的低速碰撞仿真模型。
分别以4km/h和2.5km/h 的撞击速度对前保险杠系统进行对中碰撞和车角碰撞的仿真分析。
根据仿真结果,对保险杠在低速碰撞条件下的碰撞变形、应力分布、碰撞接触力以及吸能特性等进行了详细的分析。
结果表明:计算得到的各项指标变化规律符合实际情况,验证了该模型的正确性。
根据试验方案完成了保险杠低速碰撞的台架试验,分别测量了对中碰撞和30°车角碰撞过程中摆锤与台车的加速度曲线,进而获得了它们的速度和碰撞接触力。
将试验结果与仿真结果进行对比,对试验与仿真结果之间出现的误差进行了分析。
结果表明,利用有限元方法对保险杠低速碰撞进行仿真分析可以较好的模拟台架试验。
其中对中碰撞试验的加速度、速度和碰撞接触力等信号的变化趋势和数值结果基本符合,但在车角碰撞试验中台车振动较大导致结果与仿真结果差别较大。