基于LS_DYNA的汽车保险杠仿真优化_许亮
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】。
基于LS—DYNA的汽车保险杠仿真优化
收稿 日期 ；０ ６ １ Ｏ ２ ０ 一ｌ 一 ８
２ ３ 液 压 阻尼 比 ．
塞 的 等效质 量 以及作 用面 积进行 适 当的调 整 。
ｃ 系统 的阻尼 比较小 ， 要通 过 设 置 阻尼 器 等 ． 需 使 系统 获得 满意 的性 能 。 参考 文献 ：
［］ 王 栋 梁 ． 洪 人 ， 景 春 ． 对 称 阀 控 制 非 对 称 缸 的 分 １ 李 张 非
Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ， ｉ ａ ｈ ｎ ｈ ｉ １ ５ Ｃｈ ｎ ） ２ ８
摘要 ： 于 Ｌ 基 Ｓ—ＤＹ ＮＡ 软 件 ， 析 了汽 车保 险 分
ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｐ ｒ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ＣＡＥ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｂ ｍ ｅ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｈ
（ ． ｃ ｏ ｌ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｈ ｎ ｈ ｉ ｉ ｏ Ｔｏ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０， ｉ ａ ２ Ａｕ ｏ ｔｖ ｎ ｉ ｅ ｒｎ １ Ｓ ｈ ｏ ｃ ａ ｉａ ｏ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｓ ａ ｇ ａ Ｊａ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｙ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ Ｃｈ ｎ ； ． ｔ ｍｏ ｉ ｅ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ２
析研究 ［ ］ 山东 建 材 学 院学 报 ， ０ １ １ （ ） １３— Ｊ． ２０ ， ５ ２ ： ２
３ 结 束 语
ａ 在定义 阀的 负 载压 力 和负 载 流 量上 ， 舵 机 ． 对
１ ． ２７
பைடு நூலகம்
［ ］ 王春 行． ２ 液压 控制 系统 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 械 工业 出版 社， 机
维普资讯
基于 Ｌ Ｓ～Ｄ ＮＡ的汽车保险杠仿真优化 Ｙ
许 亮 ， 胡 宁 杨 ， 辉。
基于ANSYS_LS_DYNA的移动式压力容器动态碰撞仿真分析_郝亮
1
建立 Solidworks 三维模型
Solidworks 作为一款三维实体建模软件， 具有功能强大、 易学易用等特点， 可以胜任复杂模型的建立，
相比在 ANSYS Workbench 中更加具有灵活性和可操作性。通过 Solidworks 对移动式压力容器运输车进行
收稿日期： 2013 03 18 作者简介： 郝亮 男 1989 年出生 硕士研究生 11172182 、 11227201 、 11202141 、 11202142 ） ； 铁道部重点项目 （ 2011J013A） ； 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 10932006 、 河北省教育厅项目 （ Z2011228 ）
第4 期
DYNA 的移动式压力容器动态碰撞仿真分析 郝亮等： 基于 ANSYS / LS-
53
图1
碰撞仿真流程图
实体建模， 先建立零件模型， 最后进行装配， 得到整体模型如图 2 所示。
2
2． 1 简
有限元模型的建立
模型简化 由于移动式压力容器运输车的模型非常复杂 ， 为加快其有限元分析的速度， 需要按以下原则进行化 ： （ 1 ） 总体简化。分析主要集中在压力容器以及与之关联的螺栓和车架 ， 不考虑车头以及轮胎的受力
第 26 卷
第4 期
石家庄铁道大学学报 （ 自然科学版 ）
Vol． 26
No． 4
2013 年 12 月
JOUＲNAL OF SHIJIAZHUANG TIEDAO UNIVEＲSITY （ NATUＲAL SCIENCE）
Dec． 2013
u 为轮胎与路面间的滑动摩擦系数 ， 式中， 取值 0 ． 7 ； M c 为运输车在后轴上分布的质量总和 ； g 为重力加速
汽车保险杠碰撞有限元分析
汽车保险杠碰撞有限元分析摘要：本文基于Hypermesh和LS-DYNA软件对保险杠的正面碰撞进行了仿真模拟分析，分析了保险杠的耐撞性，并以计算结果为依据, 对保险杠的结构进行了改进,优化其吸能能力，对深入研究整车正面碰撞的模拟仿真具有重要的参考价值关键词：保险杠碰撞优化Abstract: this paper, analyzed from the positive impact bumpers on the simulation ofthe Hypermesh and LS-DYNA software , this paper analyzes the bumper crashworthiness, and put the structure of bumper improved, optimize the absorption ability, and further study the collision of the vehicle positive simulation for important reference value.Keywords: bumper; collision; optimization随着轿车的大规模生产和使用, 也由于车速的不断提高, 汽车交通事故的发生率已经大大的增加了。
在汽车交通安全事故中, 出现几率最高的是汽车碰撞, 其中正面碰撞最普遍。
据资料显示,汽车发生正面碰撞的概率在40%左右。
因此, 研究正面碰撞特性, 对降低乘员的伤害非常重要[1]。
而汽车结构中的保险杠是正面碰撞时主要的承载和吸能构件,提高保险杠的吸能能力,可以降低整车碰撞中的加速度,对乘员起保护作用[2]。
因此, 对保险杠吸能特性的研究有着重要的意义。
汽车碰撞是指汽车在极短的时间内发生剧烈碰撞,是一个瞬态的复杂物理过程,它包含结构以大位移、大转动和大应变为特征的几何非线性和各种材料发生大应变时所表现的物理非线性(材料非线性)。
基于Ls—Dyna的铝合金保险杠碰撞仿真分析
２ ０ １ ３ 年 第３ 期（ 第２ ６ 卷， 总 第１ ２ ５ 期）・ 机械 研究 与 应 用 ・
基于 Ｌ ｓ — Ｄ ｙ ｎ ａ的铝 合 金 保 险杠碰 撞 仿 真 分 析
魏 显 坤 ， 邓长勇 ， 曹建 国 ， 邢
（ １ ． 重庆工商职 业学院， 重庆 ４ ０ １ ５ ２ ０； ２ ． 重庆广播 电视 大学， 重庆
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｓ ｈ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ａ ｌ ｕｍｉ ｎ ｕｍ ｂ ｕ ｍｐ ｅ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ — ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ． Ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｂｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ａ ｂ ｕ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ—
Ｔｈｅ Ｃｒ ａ ｓ ｈ Ｓｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎｕｍ Ｂｕ ｍｐ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｌｓ — — Ｄｙ ｎａ
ＷＥＩ Ｘｉ ａ ｎ — ｋ ｕ ｎ ，Ｄ ＥＮ Ｇ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ — ｙ ｏ ｎ ｇ ，Ｃ ＡＯ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｇ ｕ ｏ ，ＸＩ Ｎ Ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｘｉ ａ Ｍｉ ｎ ｇ （ ． Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ １ ５ ２ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
基于SolidWorks和LS-DYNA的汽车保险杠低速碰撞仿真研究
汽车保险杠是用来抵挡较小 的碰撞 ，当发生碰 撞事故时能起到缓冲作用 ， 保护翼子板 、 散热器 、 发 动机罩和灯具等 ， 当汽车与行人发生碰撞时 ， 最大 限 度的保护行人。保险杠系统在“ 低速碰撞 ” 和“ 行人保
为单位质量体积力 ； 为加速度 。 质量 守 恒方 程 ：
Ｐ＝Ｊ ｍ
碰撞过程属于非线性动态接触变形问题 ，接触 和冲击 载荷影响着碰撞 的全过程 。碰撞分析 涉及一 保 险杠系统有 限元建模 个含未知边界条件的偏微分方程求解 问题 ，即动态 ２ 接触 问题。 Ｌ Ｙ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ求解计算中对求解单元最常用 建立保险杠模型是有限元分析 的第一步 ，模型 的拉格 朗 日坐标下使用 网格离散 。根据连续介质力 质量 的好 坏对 后续 有 限元分析 起着 至关 重要 的作 学的质量 、 动量 和能量守恒方程 ， 保 险杠系统 的基本 用， 直接关系着保 险杠系统分析工作 的计算量 ， 本文 方程 可 分别 写成 ： 应用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 软件建立 汽车保 险杠 的 几何模 型 。 动量 方 程 ： 为了进行有效的有限元分析 ，本模 型对保险杠局部 ｐ ｘ ＋ （ １ ） 结构简化 ， 保险杠模 型如图 １ 所示。然后将模型保存 式中 ， 为Ａ Ｃ Ｉ Ｓ （ ｛ ． ｓ ａ ｔ ） 格式 ， 然后将该模型导入到 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中 为柯西应力张量 ； 划分有 限元 网格 ，并 由 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 生成 Ｌ Ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ使用
收稿 日期 ： ２ １ ３ — １ ２ — ０ ６ 基金项 目： 浙江省教育厅 资助项 目（ 编号 ： Ｙ ２ ０ １ １ ２ ０ ０ １ ０ ）
作者简 介 ： 谢颂京 （ １ ９ ７ ７ 一） ， 男， 山东曹县人 ， 讲师， 研究方 向为汽车检测技术 。
基于ANSYS／LS—DYNA的汽车保险杠仿真优化
基金项 目： 江苏技术师范学院青年科研基金项 目（ Ｙ ０ ０ ７ Ｋ Ｙ６８） 作者简 介 ： 王群 ｔ（９ ８ ）男， ｈ １７ 一 ， 江苏镇江人肼 师， 研究方 向为汽车被动安全。
２
结构 建立 有限元模 型 ， 行碰撞 模拟 分析 ， 讨从 结构设 计方 面提高 汽车保 险杠耐撞 性能 的有效 途径 。 进 探
１ 汽 车碰撞 性 能分 析 的基 本 方 程
汽车碰撞性能分析的一个重要特点是接触和冲击载荷影响碰撞的全过程。事实上， 碰撞分析涉及一
个含未知边界条件的 镝微分方程求解问题， 即动态接触问 题。
第１ 誊第４ ４ 翅
２０ 年 ｌ 月 ０８ ２
ＪＵ Ｎ Ｌ Ｆ ｔＮ Ｓ Ｅ Ｃ Ｅ ＳＵ ＩＥ ＳＴ ＦＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ （ ａ ｒ ｉ ｃ ｄｉ Ｏ Ｒ Ａ ／Ａ Ｇ ＵＴ Ａ Ｈ Ｒ ＮＶ Ｒ ＩＹＯ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｎ ｔ ａＳ ｅ ｅ ｉｏ Ｏ ｕ ｌｃ ｎ Ｅ ｔｎ
示 位 量 积 ； 分 为 前 形 体 和 量 度偏 力 ＋＋ ｐ － 为 单 质 体 力 ， 别 当 构 的 积 质 密 ； （ｑ ＝ ｑ ｐ 应 ｐ ，｝ ， ｇ
体积黏性阻力。根据最小势能原理 ， 由上述基本方程 ， 并运用 ｄ ｍ ｅ 原理和散度理论 ， ＇ｌ ｂｒ Ａｅ ｔ 可得接触系统
中 图分 类号 ：Ｕ ６ ．ｌ ４１ ９ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ － ２ ２ ２０ ）４４０ １ ０ ６ ４ ２ ２ （０ ８ ０ － ０ － ５ ）
０ 引 言
汽 车保 险杠 系统 的耐撞 性 在汽 车低 速 碰撞 时起 着至 关 重要 的作 用 【 国 内外对 汽 车保 险杠 的研 究 １ 】 。
基于LS-DYNA的保险杠耐撞性虚拟试验研究
ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｒ ａ ｓ ｈ ｗｏ ｒ ｔ ｈ ｉ ｎｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｕ ｍｐｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ＬＳ － ＤＹＮＡ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ＧＢ１ ７ ３ ５ ４— １ ９ ９ ８ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ．Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｏ ｕｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
２ ０ １ ３年第 １期
车 辆 与 动 力 技 术
Ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ＆ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
总第 １ ２ ９期
文章 编 号 ：１ ０ ０ ９— ４ ６ ８ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ４ ５— ０ ３
ＵＲＬ：ｈ ｔ ｔ ｐ： ／ ／ ｗｗ ｗ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ １ １ ． ４ ４ ９ ３ ． Ｔ Ｈ． ２ ０ １ ２ ０ ９ １ ３ ． １ ０ ３ ９ ． ０ ０ １ ． ｈ ｔ ｍｌ
基于 LS-DYNA 的复合板保险杠可行性研究
基于 LS-DYNA 的复合板保险杠可行性研究宋科;杨邦成【摘要】Using the ANSYS/ LS-DYNA software to simulate a composite plate which is used in automobile bumper. Accord-ing to the bumper collision test specification -SAEJ2319, after comparing the collision performance of different thickness ratio of PP/ low carbon steel composite plate bumper, the single layer of PP bumper and the single layer of low carbon steel bump-er, and analyzing the deformation, the impact acceleration, stress and strain energy and other characteristic parameters, we found that composite plate has a better comprehensive properties. Especially, the thickness ratio is 2:1 PP/ low carbon steel composite plate and has the best collision performance. The result provides a reference basis for the possibility of PP/ low car-bon steel composite plate which can be used in automobile bumper.%运用 ANSYS/ LS-DYNA 软件对复合板应用于汽车保险杠进行了仿真模拟,根据保险杠低速碰撞试验规范-SAEJ2319,把不同厚度比的 PP/低碳钢复合板保险杠与单层的 PP 保险杠和单层低碳钢保险杠的碰撞性能进行对比,分析所得出的变形,加速度,碰撞应力应变,能量等特征参数后发现复合板的碰撞综合性能较好,其中厚度比为2：1的PP/低碳钢复合板碰撞综合性能最好。
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]。
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2.3 液压阻尼比液压阻尼比表示了系统的相对稳定性,而阻尼比小且变化范围大是液压系统的一个特点,本仿真模型的阻尼比仅为0.0169。
因而为了获得满意的性能,阻尼比应有适当的值,可通过设置阻尼器以及旁路泄漏通道等方法增加阻尼值。
3 结束语a.在定义阀的负载压力和负载流量上,对舵机伺服调节器系统进行了数学建模,其中的结论对于伺服阀控非对称缸系统也具有一定的指导意义。
b.仿真表明,阀套圆孔半径r 对系统的动态性能影响较大,油源压力P s 也通过速度放大系数调节系统的稳态精度;为了提高响应速度,可对伺服活塞的等效质量以及作用面积进行适当的调整。
c.系统的阻尼比较小,需要通过设置阻尼器等使系统获得满意的性能。
参考文献:[1] 王栋梁,李洪人,张景春.非对称阀控制非对称缸的分析研究[J ].山东建材学院学报,2001,15(2):123-127.[2] 王春行.液压控制系统[M ].北京:机械工业出版社,2003.[3] 李洪人.液压控制系统[M ].北京:国防工业出版社,1981.作者简介:陈 彬 (1972-),男,河南南阳人,博士研究生,研究方向为电液伺服控制。
基于LS DYN A 的汽车保险杠仿真优化许 亮1,胡 宁2,杨 辉3(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030;2.上海工程技术大学汽车工程学院,上海200336;3.上海机动车检测中心,上海201805)Simulation Analy sis of Vehicle Bumper Based on LSDYNAXU Liang 1,HU Ning 2,YANG Hui 3(1.School of M echanical Engineering ,Shanghai Jiao T ong U niver sity ,Shanghai 200030,China ;2.Automo tive Enginee ring Colleg e ,Shang hai U nive rsity o f Eng ineering Scie nce ,Shang hai 200336,China ;3.Shang hai M o tor Vehicle Inspection Ce nter ,Shanghai 201805,China ) 摘要:基于LS DYNA 软件,分析了汽车保险杠建模过程中的关键影响因素,包括网格密度、时间步长、焊点布置和摩擦系数。
建立了汽车保险杠的有限元模型并进行了汽车正面碰撞的仿真。
通过采用增大壁厚和添加内部加强件,优化了保险杠的吸能能力,对保险杠的防撞设计和整车模型的建立和仿真具有参考意义。
关键词:汽车;保险杠;仿真;优化中图分类号:U463.32文献标识码:A 文章编号:10012257(2007)05001704收稿日期:20061108A bstract :Based o n LSDYNA ,key points forsim ulation of bumper are analyzed and the CAE m odel is pe rfo rmed.The simulation results of o rig -inal co mpo nent and the improved one are com -pared ,and they a re helpful for optimizatio n o f the bum per anticollisio n safety design ,w ith subser -vient effect fo r vehicle simulation.Key words :automo bile ;bumpe r ;sim ulation ;optimizatio n0 引言动态显示非线性有限元模型计算技术经过多年的发展已日趋成熟,成为国际各大汽车制造厂商和研究机构广泛用作汽车碰撞安全开发的有力工具。
目前,汽车碰撞的仿真计算主要使用的显示有限元软件有LS DYN A,PAM CRASH等。
对于与实车实验,计算机仿真具有时间短、成本低、反馈快等优点,已经成为汽车零部件设计的重要帮手。
汽车结构中的保险杠是正面碰撞时主要的承载和吸能构件,汽车在发生正面碰撞过程中,碰撞动能主要通过车身前部发动机舱处“压溃区”的塑性变形来吸收。
而汽车保险杠系统中的前纵梁在正碰时,吸收的能量占总吸收能量的50%左右,是最重要的吸能元件[1]。
提高保险杠的吸能能力,可以降低整车碰撞中的加速度,对乘员起保护作用。
因此,对于保险杠的仿真优化设计,一直是研究的重点。
1 保险杠有限元模型的建立保险杠主要由保险杠外罩,保险杠横梁、保险杠支架、前纵梁等组成。
在汽车发生正面碰撞的过程中,纵梁是主要的吸能部件。
本文要考虑中速时(36 km/h)横梁的吸能特性,保险杠的外饰罩由于抗冲击性很小,因此在建模中也被忽略,而保险杠压溃区后的整个车体在碰撞中的变形也不大,故可以不考虑,而用Solid刚性质量块来模拟整车质量。
从整车中分离出保险杠系统CAD图形,建立的保险杠有限元模型如图1所示。
图1 保险杠有限元模型用LS DYNA定义初始参数时,对保险杠横梁、纵梁和支架等部件,其部件的一个方向相对其它方向薄得多,可采用弹性体壳单元,应用平面应力条件。
正面碰撞中的固定墙壁由于质量大,碰撞过程中无变形,可采用刚性墙模拟。
该模型由3510个单元,17019个节点组成。
Solid质量块总重为1000kg,用于模拟整车质量。
整体模型以初速度36 km/h(10m/s)去撞击固定的刚性墙,初始总能量约为50kJ。
目标吸能为总能量的50%,约25kJ。
在仿真过程中,保险杠横梁和纵梁均为各向同性的弹性材料,其性质近似于LS DYNA中的24#钢。
故建模过程中可用24#钢作为主要材料。
其具体属性为:碳钢密度为7960kg/m3,弹性模量为2.1GPa,屈服强度为170MPa,泊松比为0.3。
2 建模主要影响因素分析对于本文研究的保险杠结构,应用LS DY-NA,采用上述方式建模时,主要影响因素为网格密度,仿真时间步长、焊点间距布置和摩擦系数的定义。
2.1 网格密度模型的疏密分布和网格的尺寸大小,对结构的压塌模式、速度和加速度等都有直接的影响。
尤其是低速碰撞时,这种影响更显著。
研究表明,在全部由薄钢板构成的结构碰撞仿真模型中,如果单元网格密度合理,沙漏系数采用LS DYN A的推荐值就能得到满意的仿真结果[2]。
本文参考其建议的尺寸比是0.125,并采用不同参数,对网格的大小不断改变进行试算,最终得到当尺寸比约为0.1时,即采用5×5的尺寸,变形模式、距离与实验吻合良好。
2.2 时间步长控制由于LS DYN A采用的显示中心差分法是有条件稳定的,只有当时间步小于临界时间步时才稳定,即Δt≤Δt crit=2ωmax,其中ωmax为最大自然角频率。
而杆件的自然频率ωmax=2×lc,其中c=Eρ(波传播速度),则杆件的临界时间步长为:Δt=lc,其中的特征长度l和波速c取决于单元类型;由于本文涉及的保险杠薄壁梁结构主要以壳单位模拟,壳单位的l和c分别为:l=Amax(L1,L2,L3,L4)c=Eρ×(1-υ2)所以本文的模拟时间步长由下面公式决定[3]:Δt=lc=Amax(L1,L2,L3,L4)×ρ×(1-υ2)E 带入模型的几何数值,近似得到时间步长为1.0E-3s,即取1m s为时间步。
2.3 焊点布置仿真汽车的正面碰撞时,作为保险杠系统主要吸能件的汽车前纵梁,大多由薄壁梁组成,在碰撞的轴向压力作用下,梁的变形模式主要取决于部件的几何形态。
薄壁梁的长度和厚度不同,将导致变形方式呈一个或多个半波长。
根据M ahmood H F 和Paluszny A 的研究,方形梁的临界失稳强度为[4]:σcr =π2E 9×t b 2×14+34E t E a ×mbl2+2+lmb其中,E t ,E a 为材料的强化模量和弹性模量,对理想塑性材料E t =0,对完全弹性材料E t =E a ;t ,b ,l ,m 分别为梁的厚度、截面宽度、长度和半波数。
设定σcrλ=0,可得其变形的半波长为λ=l m =b ×14+34×E tEa 0.25,对具有理想塑性的弹性材料的半波长将趋于λ=0.707×b ,对于理想弹性材料(E t =E a ),半波长等于薄壁梁的横截面宽λ=b 。
根据解跃青的研究,在考虑纵梁变形的情况下,焊点的最佳位置为褶皱波峰与波谷间的平衡位置,焊点间距为λ=0.707×b [5]。
本文的模拟焊点位置即以此为依据,例如正方形截面b =39m m ,取焊点的间距为28mm 。
2.4 摩擦系数取值物体间有接触才会有碰撞,而碰撞又会导致新的接触。
在碰撞过程中,碰撞部件间的接触滑动十分剧烈,有接触就会有摩擦,摩擦力的存在能够引起材料硬度的明显变化,直接影响到结构的耐撞性能。
因此,在保险杠的碰撞模拟过程中必须考虑保险杠与刚性墙的接触摩擦力效应、支架与保险杠、纵梁与支架、Solid 质量块与纵梁的接触摩擦,以及纵梁压溃变形中自身接触摩擦的影响。
LSDYNA 中摩擦力的处理基于库仑公式,在碰撞分析中考虑摩擦力时,摩擦系数一般用指数差值函数法对动摩擦系数和静摩擦系数平滑过渡得到。
令从节点n s 的法向接触力为f s ,则最大摩擦力值F y =μ|f s |,其中μ为摩擦系数。
设在上一时刻t n 从节点n s 的摩擦力为f n,则现时刻t n +1可能产生的摩擦力f *为:f*=f n-k Δe 。
其中,k 为界面刚度;Δe 为主从节点间的相互移动。
现时刻的摩擦力由下式求得[6]:f n +1=f *,|f *|≤F y fn +1=F y ×f *|f *|,|f *|>F y 而指数插值函数对静摩擦系数和动摩擦系数进行平滑处理后,得到当前的摩擦系数:μ=μk +(μs -μk )×e -βv其中,μs 为静摩擦系数;μk 为动摩擦系数;v 是接触面之间的相对滑动速度。
摩擦力的方向与主从面之间的相对运动方向相反,摩擦力的大小等于法向力乘以摩擦系数。
采用经典的摩擦定律来进行摩擦力的近似计算时,摩擦系数的确定直接影响着模拟计算结果。
在计算过程中,一般将摩擦力分为部件间的边界摩擦力和部件自身的内部摩擦力。
对于计算来说,最重要的是选择一个能反应自摩擦力大小计算过程的内部摩擦系数。
根据模拟后的曲线对比,本文模型中的边界摩擦系数的设置参数值取为0.3,内部摩擦系数设为0.3。