汽车碰撞仿真中的连接失效模拟
仿真模拟在汽车碰撞中的损伤分析与修复研究
仿真模拟在汽车碰撞中的损伤分析与修复研究汽车碰撞是一个极其常见的交通事故，也是引发严重伤害和财产损失的主要原因之一。
为了更好地理解和应对汽车碰撞事故，仿真模拟技术在碰撞损伤分析和修复研究中起到了重要作用。
本文将对仿真模拟在汽车碰撞中的损伤分析与修复进行研究。
一、引言随着汽车产业的不断发展，汽车碰撞安全性的需求也日益提高。
汽车碰撞损伤分析与修复研究成为迫切需要解决的问题之一。
传统的实验方法受限于成本和时间，难以满足汽车碰撞测试的需求。
因此，仿真模拟技术应运而生，成为一种高效、经济、可靠的解决方案。
二、仿真模拟与碰撞损伤分析1. 碰撞模型建立在进行碰撞损伤分析之前，首先需要建立汽车碰撞的仿真模型。
这一步骤包括选择合适的软件平台、导入车辆的3D模型和定义材料属性等。
通过仿真模拟程序，可以模拟真实碰撞中的运动和物理行为。
2. 碰撞损伤评估通过仿真模拟，可以了解车辆在碰撞过程中的各个部件所受到的应力和变形。
基于这些数据，可以评估车辆的碰撞安全性和受损程度。
常用的评估指标包括变形量、应力和能量吸收能力等。
这些指标可以帮助研究人员更好地了解碰撞损伤情况，为车辆设计和改进提供参考。
3. 损伤分析与修复策略通过仿真模拟，可以对车辆碰撞损伤进行分析，找出损伤的具体位置和程度。
根据损伤分析的结果，可以制定相应的修复策略。
修复策略可能包括更换受损部件、修复或加固结构等。
通过仿真模拟技术，可以预先模拟修复过程，评估修复效果，并选择最优方案。
三、仿真模拟技术在汽车碰撞中的应用1. 碰撞测试与验证仿真模拟技术可以用于模拟和验证汽车碰撞测试。
传统的碰撞测试需要消耗大量的时间和成本，并且受到实验条件的限制。
而通过仿真模拟，可以在计算机上进行虚拟的碰撞测试，减少了实验的成本和风险。
2. 结构设计与优化通过仿真模拟，可以对汽车的结构进行设计和优化。
研究人员可以通过修改结构参数和材料选型等方式，提高汽车的碰撞安全性和耐久性。
仿真模拟可以帮助研究人员快速评估不同结构方案的性能，并选择最优设计。
汽车工程中的碰撞仿真方法及模拟结果分析
汽车工程中的碰撞仿真方法及模拟结果分析汽车碰撞仿真是指通过计算机模拟和分析汽车在碰撞中的运动状态和结构响应的过程。
在汽车工程领域，碰撞仿真是一个非常重要的研究内容，它能够帮助工程师和设计人员评估车辆结构的强度和安全性能，在车辆设计初期就能够进行碰撞试验和优化设计，从而提高车辆的安全性能。
汽车碰撞仿真方法主要分为几个方面：建模、材料模型、碰撞模拟、后处理和结果分析。
首先，建模是碰撞仿真的第一步，它涉及将真实汽车转化为计算机模型。
建模可以使用CAD软件，根据车辆的几何形状和尺寸，将车辆细分为许多小元件或网格，形成一个三维数学模型。
同时，在建模过程中，还需要考虑汽车的细节，如车窗、车门、座椅等。
一个精确的模型能够更好地反映真实碰撞的情况。
其次，材料模型是碰撞仿真中的关键要素之一。
材料模型描述了材料的物理性质和力学行为。
常用的材料模型有线性弹性模型、塑性模型和各向异性模型等。
不同材料的力学行为不同，选择合适的材料模型对模拟结果的准确性和可靠性是至关重要的。
接下来，碰撞模拟是通过将物体受到外部撞击时的力学过程转化为计算流程，在仿真环境中模拟碰撞的过程。
碰撞模拟使用有限元分析（FEA）方法将汽车模型离散为许多个有限元素，并根据材料属性、载荷和边界条件等因素计算每个元素的应力和应变。
借助计算机的计算能力，碰撞仿真可以模拟不同类型的碰撞，如正面碰撞、侧面碰撞和倒车碰撞等。
通过不同的碰撞仿真，工程师和设计人员可以了解车辆在不同碰撞条件下的结构响应和变形情况，并优化车辆结构以提高车辆的安全性和碰撞能力。
然后，后处理是将碰撞仿真的结果进行处理和分析的过程。
后处理包括提取和分析仿真结果的关键数据，如变形、应力、应变等。
利用后处理工具和图形化软件，可以将仿真结果可视化为图形或动画，以便更直观地分析和评估汽车的碰撞性能。
通过后处理，可以深入了解汽车结构在碰撞时的具体响应和状态。
最后，结果分析是根据碰撞仿真的结果对汽车的安全性能进行评估和分析。
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。
前纵梁碰撞模拟中的焊点建模方法比较
２ Ａ ｔｍ ｂｌＥ ｇｎ ｅｉｇＲ ｓａ ｃ ｓｉ ｔ， ｈｒ ｔｍ ｂｌ Ｃ ． ｔ， ｈ ４０ ９ Ｃ ｉａ ． ｕｏ ｏ ｉ ｎ ｉｅｒ ｅｅ ｒｈ ｎｔｕｅ Ｃ ｅｙ ｅ ｎ Ｉ ｔ Ａｕｏ ｏ ｉ ｏ Ｌｄ Ｗｕ ｕ２ １０ ， ｈｎ ） ｅ
基于 Ｌ — Ｙ ＳＤ ＮＡ软件 ［ 选用 五种 目前 常用 的焊 １ ０ １ 点建 模方 法来模拟前纵 梁 台车实验中的焊点 ，它们分
别为：
蒋小 晴，等 ： 前纵梁碰撞模拟中的焊点建模方法比较
３９ ２
２ ）无质量刚性杆模 型 （ｐ ｔ ｅ ） Ｓ ｏｗ ｌ ｄ
在 Ｌ ．ｙ ａ ｓ ｎ 中，无 质量 刚性 杆 模 型 通 过 关 键 字 Ｄ ＊ Ｏ Ｔ ＡＩ Ｄ Ｓ Ｏ ＷＥ Ｄ来定 义 。在 纵 梁 连接 Ｃ ＮＳ Ｒ ＮＥ Ｐ Ｔ Ｌ
电阻点 焊是 汽车车身上最 主要的连接方式 ，在汽
拟点焊的连接关 系、载荷力以及焊接的失效 Ⅲ 。 前人 焊 模拟方 式开展了大量研 究：最初研 究
车碰撞有 限元模拟计 算中，如何
焊进行正确 的模
拟是十分重要的一环，也—直是仿真中的一大难点。要
真 实的模 拟焊点在碰撞 中的动态 响应 ，就要 准确的模
ｌｎ ｉ ｄｎ ｌ ｅ ｍ ｃａ ｈａ ｄＩ ｅｓ ｌ ｉｎａ ｃ ｒ ｃ ． ｈ ｄ ｓ ｓｌｅＬ ． ｙ ａｓ ｆ ａ ｅｗ ｔ ｖ ｐ ｓｏ ｐ ｔ ｅｄｍｏ ｅｓ ｏ ｇｔ ｉａ ｂ ａ ｒｓ ｎ ｉ ａ ｏ ｃ ｕａ ｙ Ｔ ｅｍｏ ｅ ｕ ｅ ｓ Ｄ ｎ ｏｔ ｒ ｉ ｆ ｅｌ ｅ ｆ ｏ ｗ ｌ ｕ ｈ ｍｕ ｔ Ｊ ｈ ｗ ｈｉ ｙ ｓ ｄｌ
收稿 日期 ／ ｅ ｅｖ ｄ ： ００１—９ Ｒ ｃｉ ｅ ２ １．１１
汽车碰撞模拟仿真分析
东北大学硕士学位论文汽车碰撞模拟仿真分析姓名：曹华龙申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：赵广耀20060201东北大学硕士学位论文第四章汽车正面碰撞数值模拟分析图４．１０ｍｓ时刻汽车结构变形图Ｆｉｇ４．１ＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒａｔＯｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ图４．２５０ｍｓ时刻汽车结构变形图Ｆｉｇ４．２Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒａｔ５０ｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ东北大学硕士学位论文第四章汽车正面碰撞数值模拟分析图４．３ｌＯＯｍｓ时刻汽车结构变形图Ｆｉｇ４．３ＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏＪ＂ａｔ１００ｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ４．２．２正面碰撞位移变化结果分析分别取汽车前立柱上一点４０５９１和中立柱上一点４３１１４作为分析参考点（如图４．４所示）。
由于该车碰撞的初始速度设为ｘ轴负向１３．４ｍ／ｓ，Ｙ轴方向与ｚ轴方向速度为０，所以本文讨论中只探讨各量在ｘ轴方向的变化。
图４．４Ａ柱和Ｂ柱上的测量点Ｆｉｇ４．４ＴｈｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆＡｐｉｌｌａｒａｎｄＢｐｉｌｌａｒ图４．５所示显示了前立柱上节点４０５９１相对于中立柱上节点４３１１４的位移变化。
从图中可以看出，碰撞结束时，最大相对位移约为１０．４ｍｍ。
此位移对车门来说变形不大，车门可以在不借助其他工具的情况下打开，乘员可以顺利逃生。
东北大学硕士学位论文第四章汽车正面碰撞数值模拟分析‰～；－ｋ、茂≮≮≮３警、．＼ｌ｜‘≮｛ｌ图４．５前立柱上节点４０５９１相对于中立柱上节点４３１１４的位移变化Ｆｉ９４．５ＴｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＮｏｄｅ４０５９１ａｔｆｒｏｎｔｐｉｌｌａｒｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｎｏｄｅ４３１１４ａｔｃｅｎｔｅｒｐｉｌｌａｒ分别取防火墙和地板上的点２９６３６和点２８０９７为测量点（如图４．６所示）。
获得防火墙相对地板的位移变化如图４．７所示。
其最大相对位移为１２７ｍｍ，此距离使乘员腿部受力会很大，对乘员空间会有很大影响。
车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法
车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法汽车碰撞事故是道路交通中常见的交通事故类型之一，其发生往往造成严重的人员伤亡和财产损失。
为了预防事故的发生和提高汽车安全性能，研究人员已经开始采用车辆碰撞事故仿真模拟的方法进行事故分析和安全设计。
本文将介绍车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法。
一、车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术1. 车辆模型的建立和参数化车辆模型是车辆碰撞事故仿真模拟的基础，准确的车辆模型能够提供真实的碰撞结果。
车辆模型的建立包括车身、底盘、悬挂系统、发动机等部分，需要考虑到车辆结构和材料的特点。
参数化是指根据真实车辆的参数进行模型的设定，包括质量、惯性、刚度、阻尼等，以保证模拟的准确性。
2. 碰撞模型的建立和仿真方法碰撞模型是指车辆碰撞时各个部件之间的相互作用关系。
常见的碰撞模型包括刚体动量守恒定律、刚体碰撞-反弹定律、有限元模拟等。
其中，刚体动量守恒定律是一种基本的碰撞模型，它假设碰撞时动量守恒不变。
有限元模拟能够考虑车辆结构的变形和应力分布，能够更准确地模拟碰撞结果。
3. 材料特性和物理特性的建模车辆碰撞事故时，车辆中的各个部件和材料会发生变形和破坏，因此需要准确地建模材料特性和物理特性。
常见的建模方法包括弹性模型、塑性模型、粘弹性模型等，以及对材料进行参数化和试验验证。
4. 碰撞事故场景的建立碰撞事故场景的建立是仿真模拟的关键环节。
场景的建立需要考虑车辆初始状态、碰撞角度、车速等因素，并根据实际情况进行调整和验证。
常用的方法包括实地采集数据、摄像头记录、激光雷达扫描等。
二、车辆碰撞事故仿真模拟的验证方法为了验证车辆碰撞事故仿真模拟的准确性和可靠性，需要进行多样化的验证方法。
以下是一些常见的验证方法：1. 试验验证试验验证是一种直接验证仿真模拟结果的方法。
通过实验测量车辆在碰撞时的物理参数，如加速度、力、位移等，并与仿真结果进行对比。
若仿真结果与实际试验结果符合较好，则说明仿真模拟是准确可靠的。
基于虚拟仿真的汽车碰撞仿真技术研究
基于虚拟仿真的汽车碰撞仿真技术研究随着汽车行业的不断发展，汽车碰撞安全成为一个备受关注的话题。
汽车碰撞实验是一项非常危险和昂贵的工作，而通过虚拟仿真技术，可以大大降低实验成本，提高实验安全性，并且还可以更精确地模拟不同情况下的碰撞情况，因此，基于虚拟仿真的汽车碰撞仿真技术越来越受到人们的关注和应用。
一、虚拟仿真技术的技术原理虚拟仿真技术是通过计算机软件模拟实际物理过程的技术。
在汽车碰撞实验中，虚拟仿真技术能够模拟汽车的碰撞过程，包括撞击力的大小和方向、车辆的运动状态、车体变形、碰撞后车辆停止运动位置等一系列参数。
虚拟仿真技术可以模拟不同速度、角度、型号的车辆在不同情况下的碰撞，帮助汽车制造商和研究人员更好地了解碰撞的物理过程，以及各种部件的相互作用和损伤情况，提供更好的产品和技术支持。
二、虚拟仿真技术在汽车碰撞实验中的应用1. 碰撞测试前设计验证在汽车制造过程中，通过虚拟仿真进行碰撞测试前设计验证，优化车身结构和材料的使用方式，降低车身重量，提高车身稳定性和安全性。
这种前期验证可节省实际测试成本，缩短实验周期，提高碰撞测试成效，并减小安全事故风险。
2. 碰撞测试现场参数验证在汽车碰撞测试现场，可以对车辆进行实时监测，并将情况反馈给虚拟仿真系统，以验证仿真模型的精准度。
可以对碰撞现场采集的数据进行回归，使得实际测试结果与虚拟仿真预测结果更加接近。
3. 碰撞实验数据预测通过虚拟仿真技术，可以预测车辆在不同碰撞情况下的轿车的变形和损坏情况。
这样做可以帮助汽车制造商预测可能的设计问题，并加以调整。
早期发现和纠正问题可以提高汽车的整体安全性和坚固性，降低制造成本和投资风险，免去日后损失。
三、汽车碰撞仿真技术的应用场景1. 汽车碰撞试验一些汽车制造商会在汽车生产前进行一系列的碰撞实验，以确定汽车的安全标准。
在这些实验中，虚拟仿真技术可以帮助工程师更好地理解汽车的关键部件在不同情况下的运作方式和相互作用。
这一技术使得工程师们能够更好地优化汽车的设计，提高汽车的整体性能。
仿真模拟技术在汽车碰撞测试中的优势与局限性
仿真模拟技术在汽车碰撞测试中的优势与局限性近年来，随着汽车行业的迅猛发展和消费者对汽车安全性能的日益关注，汽车碰撞测试成为了评估和提升汽车安全性能的重要手段之一。
而在汽车碰撞测试中，仿真模拟技术的应用日渐广泛。
本文将探讨仿真模拟技术在汽车碰撞测试中的优势与局限性。
一、优势1.减少成本和时间相较于传统的实验性碰撞测试，仿真模拟技术能够大大减少测试所需的成本和时间。
传统的实验性碰撞测试需要制造和购买大量的试验样车，并进行一系列的试验，包括实际车辆碰撞实验、数据收集和分析等，耗时且代价高昂。
而仿真模拟技术通过利用计算机模型和虚拟仿真软件，能够在虚拟环境中进行碰撞试验，减少了实验所需的物质资源和时间成本。
2.精确复现真实情况仿真模拟技术可以精确复现真实碰撞情况，能够较为准确地模拟车辆碰撞过程中的各种物理现象和力学响应。
通过合理的材料属性、结构参数和边界条件设置，可以模拟不同类型和强度的碰撞，从而评估车辆的安全性能。
3.优化设计和改进仿真模拟技术可以帮助汽车制造商优化设计和改进车辆结构，提高车辆的安全性能。
通过对碰撞试验结果的模拟和分析，可以发现潜在的问题和风险，指导工程师进行结构优化和改进。
这种方法能够快速反馈结果，提高设计效率，降低试错成本，为汽车制造商提供技术支持和决策依据。
二、局限性1.精度受限尽管仿真模拟技术在汽车碰撞测试中有着广泛的应用，但其模拟精度仍然受到一定的限制。
模型的精确性受到多个因素的影响，如材料参数的准确性、边界条件的设置以及碰撞过程中非线性效应的考虑等。
因此，模型的精度与实际碰撞情况之间可能存在差距。
2.数据验证的挑战由于仿真模拟技术的先进性和复杂性，验证模型的准确性和可靠性是一项挑战。
仅仅依靠仿真模拟结果并不足以确保其与实际情况完全一致。
因此，需要进行大量的实验对比和数据验证，以确保模型的有效性和准确性。
3.忽视外界因素仿真模拟技术在汽车碰撞测试中通常只关注车辆内部的碰撞响应，而忽略了车辆与外界环境的交互作用。
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机械科学与技术 M ECHAN ICAL SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
文章编号: 100328728 (2000) 0220046203
V o l. 19 N o. 2 M a r 2000 Ξ
汽车碰撞仿真中的连接失效模拟
薛 量, 姜正旭, 林忠钦
这两种情况下薄壁梁吸能情况也截然不同。 梁板和腹 板的能量吸收比例在焊点未开裂的情况下和焊点开裂的情 况下也有很大不同。 表 1 列出这两种情况的差别。
表 1 薄壁梁溃缩前 200mm 变形能研究
焊点未开裂
焊点开裂
压缩 200mm 所需时间 (m s)
19.067. 6
汽车碰撞的实验研究表明, 这些连接方式的失效行为 对整车的碰撞性能起着重要的作用。 焊接点的失效与否影 响着车身各部件的动力学关系。 在汽车碰撞的有限元仿真 建模中, 连接方式的模拟在建立整车碰撞模型中是十分重 要的一环。
对于汽车碰撞的数值分析来说, 一个简单有效的连接 模型极为重要。一个三维的焊点、铆钉或螺栓对于整车研究 来说太细致了, 而且研究单个焊点、铆接或螺栓的失效模式 也不在抗撞性研究的范围之内。然而在数值分析中, 这些连 接方式起的约束作用则必须引入到约束方程中, 在整车模 型中也必须建立这样的约束条件来连接不同的结构件以传 递约束力。 随着约束力的逐渐增大, 连接方式会最终失效。 连接方式的承载特性对于结构的碰撞特性和失效模式影响 极大。
从图 4b 的结果可以看出, 由于焊点强度过低而导致了 一种和图 4a 完全不同的溃缩模式。 这时, 焊点在碰撞初期 就开裂, 计算结果显示所以焊点全部开裂。梁板的变形结果 与图 4a 类似, 腹板由于焊点开裂, 失去约束作用而未出现
306
机械科学与技术
第 19 卷
波纹管模态, 仅仅是向腹面卷曲。仿真结果还表明焊点开裂 是对应节点之间的拉剪共同作用的结果。
[ 参考文献 ]
[ 1 ] W ierzb ick T , et al. A Tw o Fo lding E lem en ts M odel of P rog ressive C ru sh ing of T ubes[J ]. In t. J. So lid s Structu res, 1992, 29 (24) : 3269～ 3288
能量。 计算结果表明在位移 达 到 200mm 以 内 的 平 均 轴 向压力焊点未开裂的为 51.
图 7 两种焊点强度下的 位移2轴向压力曲线
90sKN , 而焊点开裂的只有 45. 78KN , 比未开裂的情况要 低 12%。
3 结束语 本文描述了汽车碰撞仿真中的连接方式模拟, 并分析
了各种连接方式的力学模型和失效条件。 本文通过薄壁梁 碰撞性能的分析给出了焊点失效对碰撞性能的影响的数值 分析结果, 结果表明焊点的强度对薄壁梁结构的折曲模式 有很大影响, 其吸能性能随焊点的失效而降低。
本文描述了连接方式的模拟方法, 并讨论了各种不同 处理方式的机理, 着重分析了碰撞仿真中的焊点处理。通过 一个典型的薄壁梁结构的碰撞分析中点焊处理的实例, 讨 论了连接失效对碰撞性能的影响。
1 连接方式的模拟 从力学表现来看, 点焊和铆接有着不同的特点。焊点连
接的两个不同部件, 可以传递拉 压力和剪切力, 随着载荷 的增大, 焊点和 或部件在拉剪两个方向发生塑性变形, 当 塑性变形超出了失效应变, 焊点就断裂失效。 一般来说, 铆 钉连接是一种松连接, 在小变形范围内无法传递力和力矩。 在大变形时, 对应部件间的力主要通过铆钉本身的材质来 传递。
定义约束的第三种方法是在不同节点之间定义一种称 为节点刚体的约束。节点刚体可由两个或多个节点组成。节 点刚体约束方法用刚体运动方程来描述点的运动。 对应节 点的位置和方向在运动中并不改变, 因此, 节点的转动能被 耦合进来。
连接方式的失效可以是脆性的或塑性的, 可单独建立 脆性或塑性的失效条件。 满足任一失效条件, 则判定失效。
图 5 某开裂节点对应的两个 图 6 开裂焊点对应节点直线
节点的厚向位移2时间
距离2时间曲线
上述的两种不同的折曲
模式所产生的薄壁的碰撞吸
能特性也不同。图 7 为两种折
曲模式的轴向压力和位移的
变化曲线, 可以看出焊点未
开裂的结果要比焊点开裂的
结果轴向承受了更多的压
力, 也就 是 说 吸 收 了 更 多 的
该方法定义滑移界面的一个部件上的一些节点固连到 另一个结构件的表面。该节点的平移和 或转动自由度和对 于表面接触点的运动相耦合。 通过该种固连可传递 f n 和 f s, 但不可以传递力矩。在失效后, 只需检查接触条件, 两部 件可独立运动, 该方法最大的优点在于相邻的两个部件可
各自划分网格。 由于是一个部件上的节点和另一个部件上 的单元上的接触点之间的固连, 所有定义连接方式的两个 相邻节点的几何位置不必对应。 1. 3 节点刚体约束
(上海交通大学机械工程学院, 上海 20030)
薛 量
摘 要: 描述了汽车碰撞仿真研究中连接方式的模拟方法, 讨论了各种连接方式的不同 约束条件和失效准则。本文通过一个典型的闭口帽型截面的薄壁梁在轴向碰撞载荷 下的屈曲模态给出了不同强度的连接方式所产生的不同溃缩模式, 进而分析了连接 失效对载荷2位移曲线和碰撞吸能特性的影响, 为利用有限元仿真进行碰撞结构设 计提供了依据。
通过基于力的失效准则或基于连
接节点的相邻单元的塑性应变极 限可以定义梁单元的失效。 这两 种方法分别称为脆性失效准则
图 2 焊点的脆性 失效条件
(图 2) 和塑性失效准则。 梁单元可以描述点焊传递轴向力 f n 和剪切力 f s 和扭矩。
基于力的失效准则为
〔m ax (f n, 0) 〕n + 〔 f s 〕m Ε 1
焊点强度达到要求和仅达到 40% 要求的薄壁梁碰撞 的网格变形时序结果如图 4a 和图 4b 所示。 焊点强度达到 要求的一组变形结果显示梁板和腹板首先同时在碰撞端发 生局部屈曲, 进而向另一端扩展, 呈现波纹管式的溃缩模 式。计算结果显示在碰撞过程中, 没有焊点开裂。在焊点的 凸缘处, 梁板和腹板同向屈曲。
8217. 7
腹板内能 (J )
1940. 2
577. 5
梁 腹板内能比
4. 16
14. 23
由此可见, 焊点开裂导致了梁板吸收能量的大辐下降。
图 4 薄壁梁溃缩模式 图 5 的曲线表示某个焊点对应的两个节点在碰撞过程 中的厚向位移的变化。 可以看出在 14m s 后两节点之间的 相对运动的速度突然加大。 计算结果显示在 14. 253m s 时 刻, 节点 231 和节点 2610 之间的焊点开裂。开裂瞬时, 焊点 轴向拉力为 1. 785KN , 切向剪力为 1. 948KN。 对应两节点 之间的直线距离 (如图 6 所示) 说明了焊点开裂的情况。
2 点焊连接薄壁梁碰撞性能的模拟 本文以一个点焊连接的闭口帽型截面的薄壁梁的碰撞
特性分析来说明焊点模拟及其失效对薄壁梁的碰撞性能的 影响。这种薄壁梁是典型的车身结构, 车身的纵梁结构就是 这一类薄壁梁。在汽车发生正面或追尾碰撞时, 纵梁结构发 生溃缩和弯曲变形, 吸收了大多数的碰撞能量。
在整个梁的轴向每侧布置 14 个焊点, 在有限元模型中 在焊点位置的对应节点建立无质量梁模型来模拟焊点约 束。点焊从工艺上来看属于压力焊中的电阻焊, 其工艺特点 决定了焊接接头的强度达不到母材的性能指标。 国外有些 文献根据焊点熔核的直径来估算焊点的抗拉抗剪强度极 限, 这种方法估算出来的强度极限比焊点的实际情况要高。 实际点焊接头的拉伸强度及抗剪强度要低, 对于钢来说, 拉 伸强度约为抗剪强度的 60～ 75%。这是因为在点焊接头在 受到拉伸时, 熔核边缘将产生极为严重的应力集中和拉力 垂直作用于柱状晶相碰的薄弱界面上。
Ξ 收稿日期: 1999204226 作者简介: 薛 量 (1973- ) , 男 (汉族) , 上海交通大学机械工程学院博士研究生
第2期
薛 量等: 汽车碰撞仿真中的连接失效模拟
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体方式。
(1) 无失效约束模型: 耦合至少两个节点的一个或多 个平移自由度, 转动自由度不能耦合, 不带失效条件。 该方 法可用于描述各种连接方式。
[ 2 ] O hkubo Y, et al. M ean C ru sh ing Strength of C lo sed2H at Section M em bers[R ]. SA E T ran saction, p ap er 740040
关 键 词: 碰撞; 仿真; 连接失效; 吸能特性 中图分类号: T P 391. 9 文献标识码: A
引 言 现代轿车的承载式车身普遍采用点焊接技术来连接车
身的覆盖件, 同时辅以缝焊, 再加上铆钉和螺栓等连接件连 接车身的各个零部件。 例如一辆上海大众汽车有限公司生 产的桑塔纳轿车不计外协件有 47, 430 个焊接点。 航空、航 天器也采用这些连接方式来连接。 这些连接方式是现代机 械制造技术中的一个重要环节。
本文所研究薄壁梁的梁板和 3 腹板的 板 厚 均 为 1. 5mm , 根据 HB 5282284 结构钢和不锈钢电阻点焊和缝焊质 量检验标准, 该厚度焊点的极限剪切承载能力 S s= 5. 6KN。 极限抗拉承载能力以 70% 的极限剪切承载能力计, S n = 3. 92KN。
为了研究焊点强度对薄壁梁结构的碰撞特性的影响, 本文针对焊点强度达到 HB 5282284 要求的薄壁梁和焊点 强度没有达到要求 (只有要求的 40% ) 的薄壁梁进行碰撞 性能分析。焊点模型采用无质量梁单元。考虑到薄壁梁的折 线处较大, 吸收的碰撞能量也较多, 因此折线处网格划分较 密, 中部则较疏。
sn
ss
(2)
式中 sn 和 ss 分别为焊点所能承受的极限轴向拉力和极限