外文翻译:轿车车身的碰撞有限元模型分析
车身有限元模态分析与试验模态分析比较

车身有限元模态分析与试验模态分析比较Comparison of the FEM Modal Analysis and Test Modal Analysis forBody of Mini-Truck周定陆(长安汽车公司技术中心汽车工程设计所)摘要:本文利用MSC.Nastran有限元分析软件和MSC.Patran前后处理软件,微型货车车身进行了FEA建模,并进行了车身模态的理论计算分析,理论模态分析结果与试验模态分析结果进行了对比,对比结果证明了理论分析和试验分析的一致性非常好,这说明了此部分的分析工作完全可以利用计算机来代替试验室的大量同类试验工作,并且可以在还没有设计样车的设计过程中进行。
关键词:汽车、车身、模态分析Abstract: In this paper, a FEA model of a mini-truck was established and the FEM modal frequencies of BIW was analyzed by author with MSC.Nastran analyzing software and MSC.Patran pre/post processing software. Compared results of calculating and testing modal analysis. It is proved that calculating and testing results almost is the same. This means calculating modal analysis in computer can replace testing modal analysis in laboratory and doing it without design prototype of a mini-truck.Keyword: Automobile/Body in white/Modal analysis1前言在汽车产品设计中,预先掌握所设计产品的动态特性,从动态角度对产品进行设计,使所设计的产品满足动态要求,是非常重要的。
车身结构轻量化优化设计方法外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译

到CAE方法它将节省大量的测试成本,及时指导车身的设计结构,提出优化方法; 有限元法已经成为在车身特性设计和分析过程中不可或缺的[3]。
在结构优化过程中,首先,敏感性分析应该是对的以设计变量的灵敏度来确定目标[4]然后根据灵敏度修改设计变量以获得最佳设计目标与约束条件。
设计变量的灵敏度与A轻量级优化方法相关其目标函数是由客观因素的变化来衡量的单位设计变量的变化,灵敏度分析是opti的基础可以根据敏感度进行结构分析,优化结构分析,这将节省大量的计算时间并改进优化因此,在工业中期望提供一种改进的轻型汽车车身结构,特别是车身框架,其保持所需的强度,刚度和稳定性特性,以满足乘客安全和车辆性能标准。
此外,身体结构应当可使用现有技术和材料制造,以实现减轻重量而不增加成本。
此外,主体结构应该能够减少总成分,以进一步降低成本和制造时间。
2灵敏度分析的基本理论从结构分析可以分为动态分析和静态分析两个方面,结构敏感性分析也可以分为动力敏感性分析和静态敏感性分析。
动态灵敏度分析包括特征值灵敏度分析,传递函数灵敏度分析和动态响应敏感性分析。
静态敏感性分析可以是压力,位移等。
对于车辆,灵敏度分析是指车身刚度强度,自由模式和敏感性分析的应变能,部分结构参数包括材料厚度和横截面转动惯量[5 |。
有两种计算灵敏度的方法,推导方法和伴随结构的方法。
直接推导法,是亲由胡力构成R.Kapoor M.P,然后由许多人开发和推广人们在广泛的领域。
直接推导法具有明显的物理意义概念,简单的数学理论方便计算可扩展从一阶敏感度到高阶灵敏度,因此是广泛的在工业领域[6]。
3 BIW扭转刚度分析汽车BIW的有限元模型由769 862组成元素包括三角形元素和四边形元素重量为371.2公斤。
为了比较车辆扭转刚度试验过程中的有限元分析模型需要使用直径为50 mm的梁单元进行模拟测试设备如图有限元边界条件分析模型如图1所示。
3,左右后方的震动塔都很硬点被限制在X,翻译DOF左右前方震动吸收塔受限于X方向DOF。
某轿车车身有限元分析

某轿车车身有限元分析
张旭
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2009(000)007
【摘要】基于有限元静态分析理论,采用CATIA软件建立车身模型,运用HyperMesh软件对车身进行静态分析,并与同类型车进行比较,看其结构特性的合理性.在能够反映车身结构的主要静态特性的基础上,对车身进行了必要的简化.%Based on finite element static theory, car body model is built up through CATIA software. Then the model is input into HyperMesh software for FEM, and compared with like products to find its rationality in structure. The car body is simplified on base of the reflection of static characteristics.【总页数】3页(P26-28)
【作者】张旭
【作者单位】沈阳理工大学,辽宁,沈阳,110168
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82+1
【相关文献】
1.轿车车身结构侧向耐撞性的有限元分析 [J], 苏成谦;吕振华;张群
2.骨架式轿车车身有限元分析 [J], 周秋梅;岳凤来
3.轿车车身强度的有限元分析 [J], 戴超;梁继辉
4.轿车车身强度及刚度有限元分析 [J], 丁玉庆;马幼鸣
5.某微型电动轿车车身骨架有限元分析 [J], 张越;周荣;鲁守卫;满开美;岳凤来因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
某轿车车身有限元建模及静动态特性分析

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、 使用学位 论文的规定: 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 (如作者和导师不同意网上交流,请在下方签名;否则视为同意。 )
东北大学硕士论文
Abstract
bending&torsional stiffness and vibration characteristics of the body structure is performed. Keywords: car body; finite element; stiffness analysis; modal analysis; static case; free case
东 北 大 学 2006 年 02 月
A Dissertation in Vehicle Engineering
FE modeling and static&dynamic characteristics analysis of certain car body
by Yang Yuekai
Supervisor: Associate Professor Yang Ying
IV
东北大学硕士论文
目录
目
录
I II
独创性声明 ......................................................... 摘 要 ............................................................. Abstract ...........................................................
汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进

第39卷第9期 2005年9月上海交通大学学报JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT YV o l .39N o.9 Sep.2005 收稿日期:2004205223基金项目:国家自然科学基金资助项目(6017402);教育部博士点基金资助项目(20010248008)作者简介:亓文果(19772),男,山东省莱芜市人,博士生,主要从事汽车碰撞安全性仿真与碰撞事故的再现研究.金先龙(联系人),男,教授,博士生导师,电话(T el .):021*********;E 2m ail :jxlong @sjtu .edu .cn . 文章编号:100622467(2005)0921452205汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进亓文果, 金先龙, 张晓云, 孙 奕(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030)摘 要:在碰撞仿真理论的指导下,以某型号小客车为研究对象,建立了整车正面碰撞有限元模型,并按照国家汽车安全法规C M VDR 294的要求进行了整车正面碰撞试验的数值仿真,结果显示,与试验结果取得了较好的一致.根据仿真计算结果,对发动机罩及其铰链进行结构和材料两方面的改进设计,改善了发动机罩的变形吸能模式.在此基础上,为了更全面评价整车结构的耐撞性能,建立了整车偏置碰撞有限元模型,进行了偏置碰撞的数值模拟分析,计算了车身变形及其吸能特性.根据仿真计算结果,对前纵梁和前轮罩进行结构改进设计,提高了其吸能能力.关键词:车辆;车身;偏置碰撞;耐撞性;有限元方法;仿真中图分类号:U 467.13 文献标识码:AThe S i m ula tion a nd I m p rovem e nt of Autom o tive B ody C ra s hP e rfo r m a nce w ith F inite Elem e nt M e thodQ I W en 2g uo , J IN X ian 2long , ZH A N G X iao 2y un , SUN Y i(Schoo l of M echan ical Eng .,Shanghai J iao tong U n iv .,Shanghai 200030,Ch ina )Abs tra c t :B ased on the basic p rinci p le of veh icle crash analysis u sing the non linear fin ite elem en t m ethod ,a comm ercial veh icle fin ite elem en t m odel w as bu ilt .A fron tal crash si m u lati on acco rded w ith the nati onal au tom ob ile safety regu lati on s ,nam ely C M VDR 294,w as carried ou t .T he si m u lati on resu lt and the test re 2su lt have a good coherence .B ased on the si m u lati on resu lt ,several i m p rovem en ts of energy hood and h inge w ere m ade on the structu re and m aterial of the fo rm er design ,the disto rti on m ode of energy hood w as i m p roved .B ased on these researches ,to evaluate the crashw o rth iness of the comm ercial veh icle to a greater ex ten t ,40%fron tal offset crash si m u lati on w as ach ieved u sing the non linear fin ite elem en t m ethod .Som e design i m p rovem en ts of fron tal longitudinal beam and enfo rced bone w ere ach ieved acco rd 2ing to the si m u lati on resu lt ,w h ich i m p roves the energy ab so rb ing ab ility .Ke y w o rds :veh icle ;au to 2body ;offset crash ;crashw o rth iness ;fin ite elem en t m ethod ;si m u lati on 汽车交通事故给社会和人民的生活带来了巨大的灾难,已经成为很严重的社会问题.在汽车交通事故中,出现几率最高的是汽车碰撞,其中正面碰撞最普遍,大约占汽车碰撞的40%[1].根据对交通事故统计数据的分析,实际上正面全宽碰撞只能代表大约1 4的正面碰撞事故.大多数的汽车正面碰撞事故都是偏置的[2](接触面积在30%~70%),因此,欧洲汽车安全法规(ECE )中正面碰撞的接触面积为40%[3].我国的汽车工业还比较落后,汽车安全法规也不完善,但是这不能成为降低车辆安全标准的理由.借鉴汽车工业先进国家的安全法规,研究国产汽车耐撞性能对尽快提高国产汽车的安全性能具有重要的现实意义.早期汽车耐撞性研究主要是进行各种条件下的碰撞试验,需要花费大量的金钱和时间.而采用有限元方法进行汽车碰撞研究,在设计阶段就可以提高汽车的碰撞安全性.有利于降低汽车的研发成本和缩短设计周期.所以,20世纪80年代以后,汽车耐撞性的数值分析得到了迅速的发展.现在,国外采用有限元方法对汽车碰撞安全性进行了大量的研究,取得了显著的成效[4].国内在这方面的工作基本上都是对壁正面全宽碰撞的[5~8],整车偏置碰撞耐撞性的有限元仿真研究较少.本文以某型号小客车为研究对象,建立了整车有限元模型,并进行了正面碰撞和40%偏置碰撞的数值仿真.根据仿真计算结果,对发动机罩及铰链、前纵梁和前轮罩进行结构和材料两方面的改进设计,提高其吸能能力,有效增强了车身的安全性能,对车身结构耐撞性的优化设计具有重要意义.1 汽车碰撞仿真的有限元方法汽车碰撞是汽车结构在极短的时间内(通常在100m s以内),在剧烈碰撞动态载荷作用下发生的复杂非线性动态响应过程.汽车耐撞性分析涉及一个含有未知边界条件的偏微分方程求解问题,即典型的动态接触问题[9],其数值模拟计算采用显式非线性有限元方法,它将连续的求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体,实际结构中的各个部件通过节点联系在一起,可以用于车辆和人体的详细建模,能够得到各个部件的变形情况、速度和加速度分布、应力和应变分布.在实际应用中,对整个车身进行有限单元划分后,假设当前时步为第n步,则有如下运动方程:M a n+Cv n+Kd n=F ext n(1)式中:M为结构的质量矩阵;C为结构的阻尼矩阵; K为结构的刚度矩阵;F ext为外界作用力矢量;a n为时步n时的加速度;v n为时步n时的速度;d n为时步n时的位移.对式(1),在时域内采用中心差分法得: v n+1 2=v n-1 2+0.5(∃t n+1 2+∃t n-1 2)a n(2)d n+1=d n+v n+1 2∃t n+1 2(3)式中,假定加速度在整个时步内恒定,∃t为时间步长.如果已经求得时步n时的节点位置和加速度以及时步(n-1 2)时的节点速度,则时步(n+1)时的位移d n+1可以由式(2)和(3)解出.因此,在整个时域范围内,可由上述递推公式求得各个离散时间点处的位移、速度和加速度.采用集总的方法可以将M 对角化,式(1)成了一组互不相关的方程,免去了建立和求解联立方程组的繁杂过程,使计算变得简单.2 整车有限元模型的建立本文选择了一部7座商用小客车作为研究对象,其CAD模型由U G和CA T I A软件完成,有限元网格划分由H YPERM ESH软件完成.作为正面碰撞分析主要考察的是车身结构的耐撞性,所以网格划分时主要考虑车身零部件,包括白车身、车门总成、车轮、发动机等.最后的整车模型共由近130个零部件组成,包含了约14万个单元,如图1所示.图1 整车有限元模型F ig.1 F in ite elem en t model of a comm ercial veh icle 在正面碰撞过程中,A柱前部的车身结构是变形吸能的主要部位,其变形模式极为复杂.而C柱之后在碰撞过程中几乎不发生变形.为了保证计算精度,要合理布置网格密度.在划分网格时,车身前部单元划分较密,C柱之后较稀疏.整个车身的单元分布如表1所示.表1 整车模型的有限元网格分布Tab.1 The f i n ite ele m en t d istr ibution of veh icle m odelA柱前部A柱2C柱C柱后部总数单元717455687512431141051节点667945966712473138934 在碰撞仿真的大变形过程中,单元类型和大小对计算精度有很大的影响.由于车身结构主要是薄壁金属件,故单元类型以四边形壳单元为主,对四边形单元形状如长宽比、翘曲度、最大角和最小角等都做出了严格的规定.由于三角形单元比四边形单元的刚度大,会影响计算精度,故要严格控制三角形单元的个数.因为显式算法是条件稳定的,所以时间步必须要满足Cou ran t准则.时间步的大小直接影响着整个计算时间.根据业界的通用准则,在最小特征长度为5mm左右时,既可以保证计算精度,又可以提高计算效率.车身各部分的联接方式主要是点焊联接.建模3541 第9期亓文果,等:汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进时,在需要联接的两个节点之间加入无质量的刚性梁,要求这两个节点不能重合,并且对它们不施加其他任何约束.车门和车体的联接主要通过铰链和门锁固定.在建模中,与发动机罩铰链相类似,通过约束对应节点的位移自由度建立球铰模型来模拟该联接.车身的材料主要为板厚0.8~2.0mm的低碳钢,在碰撞中应变率效应较为显著,建模时以Cow2 p er2Sym onds应变率模型考虑其影响.而对于刚性墙和发动机,则采用刚性材料处理.3 整车全宽碰撞的有限元仿真与结构改进 采用上文所述的整车模型,文献[10]中建立的转向系统有限元模型,以及乘员约束系统有限元模型(包括50百分位的H yb rid III型假人有限元模型、安全带有限元模型、安全气囊有限元模型),组合集成为整车2乘员2约束系统模型.采用该有限元模型,根据我国汽车安全法规C M VDR294规定,以48.3km h的速度对正面撞击刚性墙进行了数值仿真,仿真计算了100m s的碰撞过程,计算软件是国内外广泛使用的L S2D YNA.整车结构变形的仿真结果如图2(a)所示.由图2(a)可见,变形主要集中在车身前部(A柱之前),车辆后部基本没有变形.该车已在清华大学碰撞实验室按照C M VDR294的规定进行了整车碰撞试验.图2(b)是整车碰撞试验的变形结果.仿真计算和试验测得的车身底板加速度曲线如图3所示.由图可见,仿真计算和试验结果取得了较好的一致,说明该有限元模型是可靠的.图2 整车碰撞仿真和试验结果F ig.2 Fu ll passenger car fron t crash si m u lati on and test result图3 计算和试验得到的车身底板加速度曲线F ig.3 T he accelerati on cu rve of sub floo r bysi m u lati on and test 通过碰撞试验和有限元仿真发现,原有结构设计在安全性方面存在不足:一是发动机罩铰链强度偏弱,在碰撞事故中极易断裂(见图2);二是发动机罩内板刚度偏大,导致碰撞中发动机罩变形模式不理想.为此,对原有设计做了如下改进:(1)发动机罩铰链采用高强度钢板以提高其强度.(2)减小发动机罩外板棱边厚度和在发动机罩内板上开孔,以此来降低发动机罩的刚度.通过上述对发动机罩及其铰链的多方案改进,保证发动机罩铰链在整车碰撞过程中不再发生断裂,同时也改善了发动机罩的变形吸能模式,进而有效增强了车身的安全性能.原有设计和改进设计的整车碰撞仿真变形如图4所示.图4 改进设计前后的整车变形仿真对比F ig.4 Comparison of the o riginal and i m p roved designveh icle defo rm ati on4 整车偏置碰撞的有限元仿真与结构改进 整车全宽碰撞主要考核乘员约束系统的安全性,而偏置碰撞主要考核车身的安全性,因此有必要进行该车的偏置碰撞仿真.参考欧洲的正面碰撞试4541 上 海 交 通 大 学 学 报第39卷 验法规,建立整车偏置碰撞有限元模型.可变形壁障一般为可压缩的蜂窝铝块,建模中采用六面体实体单元,材料模型为honeycom b 材料.可变形壁障放置在驾驶员一侧,与汽车前端的接触面积只占车身宽度的40%.整车以56km h 的速度正面碰撞可变形壁障,计算了100m s 的碰撞过程.由图5可见:变形仍然集中在车身前部(A 柱之前),车辆后部基本没有变形.主要吸能零部件是保险杠、翼子板、发动机罩和前纵梁.同时由于冲击载荷不对称,碰撞侧的变形程度比正面全宽碰撞的变形严重得多.图5 40%偏置碰撞整车变形仿真(t =90m s )F ig .5 V eh icle defo rm ati on in 40%offsetcrash (t =90m s ) 虽然正面碰撞和偏置碰撞的主要吸能零部件是相同的,但是偏置碰撞汽车前端的吸能数量远远小于正面碰撞的吸能值.结果导致更多的碰撞能量传到了汽车中后部,将可能导致车顶、车地板和车门等零部件发生较大的变形,严重威胁乘员的安全.在偏置碰撞中,对车身耐撞性的要求集中体现在要保持乘员室的完整性以确保乘员的有限生存空间.为此,对车身的碰撞性能提出以下2个要求:(1)汽车的前部结构尽可能多地吸收碰撞能量;(2)控制受压各部件的变形形式,以防止车轮、发动机和变速箱等刚性部件侵入驾驶室.通过仿真计算发现,前围板的侵入量偏大,影响到驾驶员的人身安全.主要原因是偏置碰撞下S 型结构的前纵梁很难发生压溃变形,而极易发生折弯变形,导致吸收的能量有限,相当多能量直接被前围板吸收,结果导致了前围板侵入量偏大.通过有限元方法,进行多种方案仿真计算,对最初设计作了如下改进:(1)从零部件所用材料上加以改进,具体方案为:对前围板采用高强度钢板以提高其强度,所用材料在高速冲击情况下动态力学性能参数由材料供应商提供.(2)从结构设计上加以改进,具体方案为:①增加前纵梁两个弯头处的壁厚以控制其变形模式以达到增强其吸能能力的目的;②在前轮罩处增加一加强筋,其主要目的也是增强其变形时的吸能能力.由图6可见:前纵梁的改进设计以及在前轮罩处增加加强筋对于提高吸能能力是很有成效的,结构的改进使前纵梁吸能总量比原有设计提高近25%,而且变形吸能时间也从45m s 延长到65m s.图6 改进设计与原有设计方案的能量吸收对比F ig .6 Comparison of energy ab so rbed betw een theo riginal and i m p roved design 以上两种改进方案的仿真计算结果表明,方案①可以保证碰撞发生时前围板的变形量变小,但是对减少其侵入量效果不明显.应用方案②可以保证前纵梁在碰撞时发生压溃变形,延长其变形时间,明显提高前纵梁的吸能能力,使得前围板的侵入量减少了近1 2,达到了预期的效果.5 结 语针对某型号小客车建立了其有限元模型,依据国家汽车安全法规进行了正面碰撞仿真研究.仿真和试验结果取得了较好的一致,说明本文建立的有限元模型是可靠的.在此基础上,建立了整车偏置碰撞有限元模型.通过仿真结果发现,偏置碰撞由于碰撞冲击载荷的不对称性,导致前围板的侵入量过大,危及乘员的人身安全.为此,对前纵梁和前轮罩进行了结构的改进设计.仿真计算表明,改进后的设计明显提高了其吸能能力,有效减小了前围板的侵入量.利用计算机仿真在设计阶段就可以提高汽车的碰撞安全性,有利于降低汽车的研发成本和缩短设计周期.因此,利用仿真技术对于汽车设计和开发具有重要的理论意义和实用价值.5541 第9期亓文果,等:汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进参考文献:[1] 王 蠧,李宏光,赵 航.现代汽车安全[M].北京:人民交通出版社,1998.[2] Saha N K,Calso S M,A sjad M U.Si m u lati onof fron tal offset i m pacts and comparison of in tru2si on s and decelerati on s[J].SAE Tran saction,SA E950647:1204-1220.[3] 朱西产.汽车正面碰撞试验法规及其发展趋势的分析[J].汽车工程,2002,24(1):1-5. ZHU X i2chan.A n analysis on au tomo tive fron tal crash test regu lati on and its tendency[J].Auto m o-tive Eng i neer i ng,2002,24(1):1-5.[4] Eberhard H,C linckem aillie J.汽车碰撞仿真与设计的最新进展和发展趋势[J].机械工程学报,1998,34(1):93-99. Eberhard H,C linckem aillie J.R ecen t trends and ad2 vances in crash si m u lati on and design of veh icles[J].Ch i nese Journa l of M echan ica l Eng i neer i ng,1998,34(1):93-99.[5] 贾宏波,黄金陵,郭孔辉,等.汽车车身结构碰撞性能的计算机模拟、评价与改进[J].吉林工业大学学报,1998,28(2):6-11. J I A Hong2bo,HUAN G J in2ling,GUO Kong2hu i,eta l.Evaluati on and i m p rovem en t of au tomo tive bodycrash perfo rm ance w ith compu ter si m u lati on tech2n iques[J].Journa l of J ili n Un iversity of Technolo2gy,1998,28(2):6-11.[6] 张维刚,钟志华.计算机仿真技术在汽车正碰安全性能改进中的应用研究[J].机械工程学报,2002,38(3):135-138. ZHAN G W ei2gang,ZHON G Zh i2hua.C rashw o r2 th iness i m p rovem en t of passenger cars w ith compu tersi m u lati on techn iques[J].Ch i nese Journa l of M e-chan ica l Eng i neer i ng,2002,38(3):135-138.[7] 裘 新,黄存军,张金换,等.汽车正碰的数值模拟及试验验证[J].清华大学学报(自然科学版),1999,39(2):102-105. Q I U X in,HUAN G Cun2jun,ZHAN G J in2huan,eta l.N um erical si m u lati on and test validati on of veh i2cle fron tal crash[J].Journa l of Tsi nghua Un iversity(Sc ience&Technology),1999,39(2):102-105. [8] 张维刚,钟志华.汽车正碰吸能部件改进的计算机仿真[J].汽车工程,2002,24(1):6-9. ZHAN G W ei2gang,ZHON G Zh pu ter si m u lati on of the crashw o rth iness of the energy ab2so rb ing fron t end of a passenger car[J].Auto m otiveEng i neer i ng,2002,24(1):6-9.[9] 钟志华.汽车耐撞性分析的有限元法[J].汽车工程,1994,16(1):1-6. ZHON G Zh i2hua.F in ite elem en t m ethod in crash2 w o rth iness analysis of au tomo tives[J].Auto m otiveEng i neer i ng,1994,16(1):1-6.[10] 张晓云,金先龙,葛 龙,等.面向国家标准的汽车转向机构安全性仿真[J].系统仿真学报,2003,15(2):228-230. ZHAN G X iao2yun,J I N X ian2long,GE L ong,et a l.N ati onal regu lati on o rien ted crashw o rth iness si m u la2ti on of veh icle steering system[J].Journa l of Sys-te m Si m ula tion,2003,15(2):228-230. (上接第1451页) 优化结果显示,碰撞发生时刻卡车速度为54 km h,小客车速度为9km h.两车停止位置及小客车轨迹优化误差率为3%.允许误差范围为10%.由于事故现场留下清晰拖痕,小客车轨迹已知,故误差较小,模拟结果较精确.4 结 语本文研究了车对车的碰撞模型,提出用碰撞后轨迹优化的方法反推碰撞前车辆状态.通过对一起车对车碰撞事故案例在计算机上的模拟再现,证明了该方法对于车对车碰撞事故类型分析的有效性,可以广泛应用于车辆碰撞的常见交通事故的再现分析中.参考文献:[1] Steffan H,M o ser A.T he co llisi on and trajecto rymodels of PC2CRA SH[DB OL].SA E paper960886.[2] C liff W E,M o ser A.R econ structi on of tw en ty stagedco llisi on s w ith PC2C rash’s op ti m izer[DB OL].SA Epaper200120120507.[3] M o ser A,Steffan H.A u tom atic op ti m izati on of p re2i m pact param eters u sing po st i m pact trajecto ries andrest po siti on s[DB OL].SA E paper9803739.6541 上 海 交 通 大 学 学 报第39卷 。
轿车车门侧面碰撞有限元分析

轿车车门侧面碰撞有限元分析高伟,邓召文,熊剑(湖北汽车工业学院汽车工程系,湖北十堰442002)摘要:汽车侧面碰撞法规对车门强度有明确的要求,车门作为车身的主要部件之一对汽车的侧面碰撞安全性有着重要的影响。
本文以非线性有限元理论为基础,在Hypermesh中建立了某轿车车门有限元模型,参考侧面碰撞法规对车门进行侧面碰撞模拟分析。
并对车门结构进行改进,探讨了相应的轿车侧面碰撞安全性改进措施,通过对研究方案的对比分析,在一定程度上改善了车门的抗侧碰性能。
关键词:轿车车门;侧面碰撞;有限元方法;抗侧碰性能Finite Element Simulation for Taurus Car Door Side CrashGao Wei, Deng Zhao-wen, Xiong Jian(Department of Automobile Engineering, HuBei Institute of Automotive Technology, Shiyan HuBei 442002)Abstract:Strength of side doors is specified in the side impact regulation. as the main part of car body, the car door has important effect on side impact safety. This paper based on nonlinear finite element theory, The finite element model of door was built with Hypermesh software. According to side crash regulation, the side crash worthiness of car door structure was analyzed. Improvement of car door structure was conducted and relevant measures for improving side crashworthiness were discussed. Improvement measures simulation results show that car side crashworthinessis improved.Key Words: car door; side impact; finite element method; crashworthiness汽车的碰撞形式有正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、角度碰撞及翻滚等,据有关资料统计表明,国外交通事故死亡人数中,因正面碰撞而导致死亡的接近70%,因侧面碰撞而导致死亡的接近30%[1],并且乘员也大多是侧面碰撞事故中受伤或死亡。
汽车碰撞试验有限元仿真分析

汽车碰撞试验有限元仿真分析汽车安全一直是备受关注的话题,因为每年都有大量的交通事故发生,给人们的生命财产造成了巨大的损失。
因此,在汽车设计和制造的过程中,安全性是最重要的一项指标。
在产品研发和制造中,汽车碰撞试验是必不可少的环节。
这一试验的目的就是测试汽车在发生碰撞时的承载能力以及对乘客的保护程度。
最近,有限元仿真技术在汽车碰撞试验中的应用逐渐受到重视。
本文将介绍有限元仿真在汽车碰撞试验中的应用及其相关的技术和方法。
一、有限元仿真技术的介绍有限元仿真技术是一种通过计算机模拟材料或结构在外力作用下所产生的形变、应力和力学响应的虚拟分析方法。
它通过将材料或结构分割成许多小的部分,并在每个部分上建立数学模型,最终得到整个材料或结构的形变、应力和响应等各项参数。
因为有限元分析模型的建立和计算流程完全由计算机自动完成,因此大大提高了计算速度和计算精度,可以极大地减小试验成本和试验周期。
二、有限元仿真在汽车碰撞试验中的应用汽车碰撞试验可以在实验室内模拟汽车在交通事故中所受到的外力,并进一步测试汽车所能承受的最大外力,以及车内乘客的安全性。
在过去的几十年中,汽车制造商通过不断的试验、验证和改进,已经使得汽车的安全性能得到了极大的提升。
但是,汽车碰撞试验仍然是一项非常复杂和昂贵的任务。
因此,在汽车设计和制造的过程中,有限元仿真技术已经成为了一种非常重要的辅助手段。
在汽车制造中存在许多的零部件和车身结构,它们的材料和结构必须得到验证。
通过有限元仿真技术,可以在计算机上建立这些零部件和车身结构的三维模型,并对其进行分析。
在仿真分析中,需要考虑的因素包括外力、材料特性、零部件和车身结构的形状和大小、以及不同零部件之间的接触情况等。
这些因素会影响汽车在发生碰撞时的变形、应力和响应能力,因此,在有限元仿真中,需要尽可能准确地考虑所有的因素。
三、有限元仿真在汽车碰撞试验中的技术和方法1.材料模型的建立有限元仿真中材料模型是一个非常关键的因素,因为材料的特性会直接影响汽车在发生碰撞时的响应能力。
轿车车身有限元模态分析及优化设计

0 引 言
随着 汽 车 制 造技 术 不 断 发 展 ,车 身作 为汽 车 的 重要 组成 部分 ,其 重要 性不 言 而喻 ,车身 性能 应满 足 安全性 、可 靠 性 、舒 适 性 、轻 量 化 等 要 求 J。 目前 , 很 多专 家 学 者 对 轿 车 车 身 结 构 都 进 行 了深 入 的 研 究 ,主 要表 现在 对 车 身 的 刚度 、模 态 、疲 劳 性 以 及 利 用 数值 计 算 方 法 实 现 结 构 优 化 等 方 面 ]。张 国胜 等 以某 白车身 为研 究 对 象 ,采 用 有 限元 方 法 对 其 进行 模态 分 析 和局 部 刚 度 优化 ,将 实 验结 果 与理 论 分 析结果 相 比较 ,有 针对 性 地 加 强 了车 身 的局 部 刚 度 ;巩宇 鹏 利 用 三 维 设 计 软 件 对 车 身 实 体 建 模 , 并 对车 身进 行模 态 分析 ,得 出车 身最优 性 能 ;杨 佳 磷
有 限元分 析软 件 Hyper Works对 车 身结构 进行模 态分析 和优 化设 计 方法 。利 用有 限元 分析软 件 建 立 白车 身整 车模 型 ,对 所建 模 型进 行 模 态分 析 并 获取 固有 频 率值 和 振 型 分 布 ;对 车 身结 构 件进 行
灵敏度 分 析 并作 为优化 设计 变量 ,优 化 车 身结构 。通过 有 限元 实验 仿 真 结果 对 比验 证 了该 车 身结 构设 计 的合理 性 ,提 高 了白车 身一 阶 固有 频 率 ,避 免与发 动 机 产生 共振 ,满足 设计要 求。
DOI:10.16508/j.cnki.11—5866/n.2018.03.016
轿 车 车 身 有 限元 模 态 分 析 及 优 化 设 计
- 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)。
附录1汽车的碰撞安全性越来越得到人们的重视,不论是对轿车、小客车或其它类型的车辆。
由于进行碰撞试验往往需要许多时间与金钱,计算机仿真就是一条较好的方法。
而且,汽车被动安全性研究的有限元方法的发展,非线性动力显式有限元方法的进步,使得利用计算机仿真来进行汽车安全性评价与改进成为可能。
目前,各大汽车公司与研究机构已着手研究从仿真分析的结果中推演出进一步的修改方案,达到在汽车重量与碰撞特性等方面最优的研究。
本文以提高汽车耐撞性为目标,以某型七座小客车的初步设计方案为基础,建立了用于正面碰撞仿真的前部碰撞有限元模型,并进行了计算机碰撞模拟,提出了改进方案,提高了汽车的被动安全性设计水平,从而提高了新车型满足碰撞全法规的成功率。
在对汽车进行碰撞性能有限元分析时,汽车整车的建模工作量巨大。
本文中的整车有限元模型中的各个零件均由各零件的U G或CATIA 格式的几何模型转入HYPERME2SH 有限元建模软件并进行网格划分,再进行装配而成。
碰撞分析的有限元模型的节点数和单元数都超过了14 万,规模较大。
有限元分析软件采用LS2DYNA ,它是当前在汽车碰撞有限元仿真中应用较多的一个非线性动力显式有限元软件,它的主要算法采用Lagrangian 描述增量法,利用显示中心差分法离散时间域,积分时间步长大小受Courant 稳定性准则制约。
整车结构由100 多个元件装配而成。
建模时,连接的刚度和强度根据实际情况确定。
模型中的板壳单元以Be2lytschko - Tsay 四边形壳单元为主。
而节点也分为常规节点和模拟部分焊点情况的带失效的固连。
发动机和变速器在整车碰撞中的变形不予以考虑,其材料定义为刚性材料。
车门和车体的连接是通过铰链和门锁固定的,在数值仿真中,通过约束对应节点的位移自由度建立球铰模型来模拟。
考虑到研究中仿真的碰撞方式是最为典型的正面碰撞,在正面碰撞过程中,A 柱前部的车身结构是变形吸能的主要器件,其变形的模式极为复杂,而中柱之后在碰撞过程中几乎不发生变形。
为节省计算时间,将车身的前部单元划分较密,中柱之后则较稀。
计算中采用弹性刚度沙漏控制。
按照CMVDR294 碰撞法规的要求,小客车以50km/ h的速度正面撞击刚性墙。
设置的初始边界条件与实车实验的初始条件相同,模拟该车以50km/ h 的初速度正面撞击刚体墙。
在有限元计算后进行后处理,并对模拟计算的结果进行了分析。
模拟结果显示,变形主要集中在车辆前部,车辆后部基本没有变形。
由于前纵梁的问题较大, 为了提高其碰撞性能, 解决方法是改变其局部结构来得到更合理的变形模式和更好的能量吸收特性。
两处产生塑性铰的局部区域,可以增加两块加强板来改善纵梁的总体的吸能情况。
改进设计后的小客车前围部分零件。
每年的道路交通事故数和死亡人数以及由此带来的经济损失是惊人的。
汽车被动安全性的重要性在世界范围内得到认同。
人们认识到碰撞事故是不可避免的。
被动安全的研究从60年代开始不断探入的开展越来越向着多样化、专业化和高科技化的方向进行。
早期的汽车耐撞性研究主要采用实验手段进行。
汽车碰撞实验是破坏性实验, 有着种种局限性。
其实验成本很高, 实验周期长, 而且必须先制造出样车。
1970年以来, 计算机在汽车设计中的成功应用,使汽车工业事实上进入了一个新的发展阶段。
在汽车碰撞领域中首先应用于计算机仿真的模型是〕提出的集中参数模型。
随后显式有限元方法的发展和成熟, 使这一方法被迅速的应用到汽车碰撞过程的仿真中来。
1985年以德国大众汽车公司出品的轿车为原型的第一个有限元模型成功地模拟了轿车的正面碰撞过程图。
有限元汽车碰撞数值仿真的运算代价较低, 设计周期短和可以实现无样车的虚拟碰撞实验等显著的优点使各大汽车制造商在近15年来积极地开展这方面的工作。
碰撞仿真已被运用到贯穿概念可行性研究到整车设计和开发的全过程。
同时由于80年代以来计算机运算速度和存贮能力的飞速提高、显式有限元方法的发展和成熟、对于薄壁钢结构在高速碰撞条件下如损伤、断裂等新的本构关系的认识,以及各种连接方式的数值模型的建立, 使汽车碰撞的计算机仿真成为一门新兴的学科。
汽车碰撞过程是一个涉及大位移、大变形、大转动的复杂非线形的动态接触问题。
为了解决计算效率的问题, 通常采用显式算法。
在碰撞仿真中, 准确的模拟碰撞过程的关键是采用合理的接触算法和能够描述碰撞条件下材料本质的材料模型。
本文以某型轿车为原型, 建立了白车身的碰撞有限元模型, 并针对计算效率和准确性进行了着重分析。
本文进行了对正面固定刚性墙的碰撞性能仿真。
碰撞仿真的变形结果和整车实验结果较为吻合, 车身典型位置的加速度时间曲线和实验曲线的比较显示本文所建立的白车身有限元数值仿模型是真实准确的。
现代轿车的车身普遍采用承载式车身结构, 与早期的非承载式的车身结构不同, 承载式车身没有以前用来承重的贯穿车身全长的车架结构, 而是由冲压成型的0.7-0.8mm的薄钢板通过点焊、搭接而成的, 这样既提高了整车的抗扭刚度又减轻了车重。
承载式车身在发生高速正面碰撞时, 整个前部车身发生溃缩, 碰撞能量主要通过车身结构的变形来吸收。
因此对于碰撞仿真来说, 就必须建立一个能描述碰撞接触区域内车身结构及其连接关系的精确的几何模型。
获取这样的几何模型的最方便的途径是内部CAD数据, 但是由于CAD和CAE本质的不同使得描述了很多加工和装配上工艺细节CAD的数据在CAE建模中反而成为工作的障碍。
本文建立的轿车白车身几何模型采用了曲面反演技术, 即利用高精度三座标测量仪CMM对覆盖件的主模型或封装模型进行曲面扫描, 对得到的离散数据一般称为云团数据进行拟合和光顺处理,从而得到车身的三维模型。
获取了白车身的几何模型之后进行单元离散化就得到了碰撞有限元模型。
汽车碰撞仿真中需对计算效率问题加以特别的关注。
因为象整车碰撞仿真这样的大规模数值计算动辄进行上百小时, 占用了大量的机时, 进行重复计算是很困难的。
汽车碰撞是一个动态的大位移和大变形过程,系统具有几何、材料和边界等多重非线性特征。
因此,汽车碰撞的数值计算分析一般采用非线性动态显示有限元分析。
有资料显示,汽车发生碰撞事故时,发生正面碰撞(包括斜碰)的概率在40%以上,居于各种碰撞类型之首。
因此,研究正面碰撞特性,对降低乘员的伤害非常重要。
本文采用ANSA和LS - DYNA对国产某轿车的保险杠横梁正面撞击刚性墙过程进行了数值仿真,并对保险杠横梁的结构进行优化设计,说明结构优化后的横梁碰撞安全性优于原始结构。
大变形碰撞问题通常需要耗费大量的计算时间,如何提高求解速度是求解的主要问题。
与常规有限元计算不同的是,为了避免大型联立方程组求解,提高计算速度,碰撞分析软件一般采用显示算法。
附录2The safety car collision has been more and more people's attention, whether for cars, small buses or other types of vehicles. As a result of a collision test often requires a lot of time and money, computer simulation is a better way. Moreover, the passive vehicle safety study of the development of the finite element method, nonlinear dynamic explicit finite element method of progress, making use of computer simulation for vehicle safety evaluation and improvement is possible. At present, the major car companies and research institutions has embarked on research from the analysis of the simulation results show a further push to amend the proposal to reached in a collision with the vehicle weight, and other characteristics of the best aspects of the study. In this paper, in order to improve the crashworthiness car as the goal, to a seven-passenger preliminary design for the foundation, set up positive for the simulation of the collision before the collision the Department of finite element model, and a computer simulation of the collision, a program to improve To improve the car's passive safety design standards so as to enhance the all-new models to meet the collision regulations of the success rate.In the car collision on the performance of the finite element analysis, the vehicle's enormous workload modeling. In this paper, the finite element model of vehicle in all the parts are parts of the CATIA or UG format of the geometric model into HYPERME2SH finite element modeling software and mesh, and then carried out by the assembly. Collision Analysis of the finite element model of nodes and units are more than 140,000, and larger. Finite element analysis software used LS2DYNA, it is in the car crash in the application of finite element simulation of a more dynamic non-linear explicit finite element software, its main method used to describe Lagrangian incremental method, showed that the use of discrete-time center-difference Domain, the time stepsize of the points by the Courant stability criteria constraints.Structure of the vehicle by more than 100 components from the assembly. Modeling, to connect the stiffness and strength to determine the actual situation. The shell model unit to Be2lytschko - Tsay quadrilateral shell element-based. The nodes are divided into conventional analog nodes and part of the solder joints of the solid even with failure. Engine and transmission in vehicle collision in the deformation not be taken into account, the material is defined as rigid materials. The doors and body are connected through the hinges and locks fixed, in numerical simulation, bound by the corresponding node through the displacement of the establishment of degrees of freedom model to simulate the ball joints.Taking into account the study of the collision simulation is the most typical collision positive, positive in the course of the collision, A column of the front body structure is a deformation of the main energy absorption device, the deformation of complex patterns, and in column after a collision in the process of Almost no distortion. In order to save calculation time, the body of the front unit more closely, in the column after more rare. Elastic stiffness in the calculation used to control the hourglass.CMVDR294 collision regulations in accordance with the requirements of small passenger cars to 50km / h speed frontal impact in the rigid wall. The initial set of boundary conditions and the experimental car is the same as the initial conditions, the simulation of the car to 50km / h speed frontal impact in the beginning of the rigid wall. In the finite element method after the post-processing, and the simulation results are analyzed. The results show that the deformation concentrated in the front of the vehicle, no deformation at the rear of the vehicle.As the beam before the larger issues, in order to improve the performance of its collision, the solution is to change its regional structure to a more rational pattern of distortion and better energy absorption characteristics. Produced two plastic hinge of the local area, will increase two to strengthen the board to improve the overall beam of energy absorption situation. To improve the design of passenger carsbefore some of the parts Wai.The annual number of road traffic accidents and death toll, as well as the resulting economic losses are staggering. Automotive passive safety of the importance of the world it was accepted. It is recognized that collisions are inevitable. Passive safety research from the age of 60 began to explore the means to carry out more and more toward diversification, professional and high-tech direction.Early automobile crashworthiness research using experimental means. Automobile collision experiment is destructive experiment with various limitations. The high cost of the experiment, the experimental long, but must first create kind of car. Since 1970, computers in the design of the success of the automotive applications, so that in fact the auto industry has entered a new stage of development. In the first car collision in the field of applied computer simulation of the model proposed by the focus is〕 parameter model. Followed by explicit finite element method and the development of mature, so that this method has been applied to the fast-car collision simulation in the course of the past. In 1985 by Germany's Volkswagen production cars for the first prototype of the finite element model successfully simulated the car's front collision course map.Finite element simulation of vehicle collisions lower the cost of computing, and short design cycle can be achieved without the kind of virtual car collision experiments, such as significant advantages so that all the major car manufacturers in the past 15 years to carry out active work in this area. Collision simulation has been applied to study the feasibility of the concept through the vehicle design and development of the whole process. At the same time, since the age of 80 due to the computing speed and storage capacity of the rapid increase in explicit finite element methods for the development and maturity, the thin-walled steel in conditions such as high-speed collision damage or crack the new constitutive relation of understanding, As well as a variety of ways to connect the numerical model, so that the vehicle collision computer simulation has become an emerging disciplines. Automobile collision involving a large displacement, large deformation and large rotation of the complex non-linear dynamics ofthe contact problem. In order to solve the problem of computing efficiency, usually explicit algorithm. In the simulation of collision, the accurate simulation of collision course, the key is to adopt a reasonable method of contact and be able to describe the collision of the nature of the material conditions of model material.Based on a prototype for the car, a white body finite element model of the collision, and for calculating the efficiency and accuracy of the analysis focused. This article was positive for the fixed rigid walls of the collision simulation performance. The simulation results of the collision and deformation of the vehicle is more in line results, the typical location of the body's curves and acceleration of time compared with the experimental curve in this paper shows that the establishment of the body in white like finite element model is true and accurate.Modern cars commonly used by body-bearing body structure, with the early non-bearing structure of the body, carrying the body-weight people do not have to run through the length of the body frame structure, but by stamping forming the 0.7-0.8mm The thin plate through the spot, by lap, so that not only improved the vehicle's torsional rigidity and reduced weight. Body-bearer in the event of a positive high-speed collision, the front of the entire body shrink collapse occurred, the collision energy, primarily by the deformation of the structure of the body to absorb. For the simulation of collision, it is necessary to establish a description of the collision to contact the region connection body structure and the relationship between the geometric precision of the model. Access to such a geometric model of the most convenient way to internal CAD data, but because of the nature of CAD and CAE's description of the different makes a lot of processing and assembly processes on the details of the CAD data in the CAE modeling instead become an obstacle to the work.In this paper, the car body in white geometric model of the surface using inversion, that is, the use of high-precision coordinate measuring instrument panel on the CMM model for the main package or model surface scan, to be known as the discrete data cloud data Fit smoothness and to carry out processing, in order to get three-dimensional modelof the body. Access to a white car after the geometric model of discrete units have been on a collision finite element model.Automobile collision simulation to be calculated on the efficiency of special concern. As the vehicle collision because such a large-scale numerical simulation calculation at every turn for more than 100 hours, taking up a large number of machines, double it is very difficult.Automobile collision is a dynamic large displacement and deformation of the process, the system has a geometric, material and multiple non-linear features of the border. As a result, car collision numerical analysis of general nonlinear dynamic finite element analysis shows. Are indications that the vehicle collision accident, the collision occurred in front (including oblique impact) in the probability of more than 40% in various types of collisions in the first. As a result, a positive study on characteristics of the collision, the crew lowered the damage is very important. In this paper, ANSA and LS - DYNA on the bumper of the car made a positive impact beams rigid wall process simulation, and bumper beams designed to optimize the structure shows that the optimized structure of the beam collided security is better than the original structure.Large deformation problem of collisions usually takes a lot of time calculating how to improve the speed of solving the main problems to solve. With the conventional finite element difference is that in order to avoid large-scale simultaneous equations to solve, raising the speed of calculation, analysis of the collision use of software in general show that algorithm.。