微型客车正面碰撞特性建模及仿真研究
微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真与优化设计
摘要微型客车具有经济、小巧、灵活等特点，在我国拥有广泛的市场。
我国的微型客车多为平头或短头结构，前部变形区较短，通常被动安全性较差。
在汽车耐撞性设计中，要求车身结构利用前部吸能区缓冲吸收碰撞动能，同时控制侵入量和车身变形，以保证乘员生存空间。
因此，研究微型客车的结构耐撞性优化设计方法，对改善汽车碰撞安全性、提高产品质量具有非常重要的意义。
本文对某全新开发的微型客车进行了结构耐撞性优化设计研究。
首先进行了正面碰撞仿真分析，针对初始结构设计存在的不足，进行了相应改进设计。
在改进设计中，通过采用延长吸能长度、控制吸能模式、减少方向盘侵入量及增强局部结构刚度等的有效设计方法，来提高客车结构的被动安全性；改进后的整车在实车碰撞试验中一次性地顺利通过了国家正面碰撞安全性法规GB11551-2003。
为了最大限度地提高该款车型的碰撞安全性，同时兼顾轻量化要求，对该车主要吸能部件进行了进一步优化。
优化计算时运用了整车的简化模型以减少计算时间，提高计算效率；结合最优拉丁方试验设计、Kriging代理模型和NSGA-II遗传算法，对板件厚度、结构尺寸、空间布置、焊点间距等多个对结构耐撞性有重要影响的参数进行了优化设计，在提高结构耐撞性的同时实现了主要吸能部件轻量化。
研究结果表明：在微型客车正面碰撞安全性的产品开发中，本文采用的结构优化设计方法是切实可行的，能够快速、经济、有效地解决汽车结构耐撞性优化难题，从而降低产品开发成本、缩短开发周期、提高产品质量。
关键词：微型客车；耐撞性；仿真；代理模型；优化设计AbstractThere is a wide market in china for minibus due to its economical efficiency, mobility and smartness. However, it commonly has poor crashworthiness performance because of the short energy absorption length. In the process of crashworthiness design, the kinetic energy of the vehicle should be absorbed by the front structure, simultaneously, the body deformation should be efficiently controlled to leave living space for passengers. Therefore, Developing a effective structural crashworthiness optimization design method is of significance for the improvement of crashworthiness and the increase of product quality.The vehicle collision is a dynamic process with large displacements and deformations, which could not be expressed explicitly. Confronted with optimum design of crashworthiness, surrogate model technology is commonly used. If the whole vehicle model is adopted for sampling, the calculation resource consuming will be very large. However, when a simplified model rather than the whole vehicle was applied, the computation efficiency will be raised with the reduced computational requirement.This paper studies the crashworthiness optimization design for a new developed minibus. Firstly the 100% frontal impact simulation is conducted. Based on the issues existed in the initial structural design, corresponding improvement schemes are brought out. The design schemes of lengthening the energy absorption structure, reducing the intrusion and increasing the structure stiffness are proposed, by which the crashworthiness performance has been significantly improved and the minibus has smoothly passed the national frontal impact regulation GB11551-2003. In order to improve the crashworthiness as much as possible and to meet the requirement of lightweight design, further researches on the optimal design for principal energy absorption structures are carried out, in which the simplified model rather than the whole vehicle model is used to raise the computation efficiency with the computation time reduced. In the process of design, the optimal Latin hypercube designs, Kring approximation model and NSGA-II genetic algorithm are adopted to optimize the structure parameters, which are critical to the structural crashworthiness. Good results are acquired with the improvement of the vehicle crashworthiness and the reduction of the total weight of the critical energy absorption member.As the research indicates, the method presented in this paper is feasible toimprove the structural crashworthiness of the minibus quickly, economically, and efficiently, which makes important sense to cut the production costs, to shorten the development cycle and to increase the product quality.Key Words: Minibus; Crashworthiness; Simulation; Surrogate Model; Optimization Design目录学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书 (I)摘要........................................................................................................................ I I Abstract . (III)目录 (V)第1章绪论 (1)1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义 (1)1.2 微型客车碰撞安全性研究内容和方法 (2)1.2.1 微型客车碰撞安全性研究内容 (2)1.2.2 微型客车碰撞安全性研究方法 (5)1.3 微型客车结构耐撞性国内外研究现状 (6)1.4 本文主要研究内容 (8)1.5 本文主要创新性工作 (8)第2章微型客车正面碰撞结构耐撞性仿真分析 (9)2.1 微型客车碰撞有限元法的基本理论 (9)2.2 微型客车正面碰撞有限元模型的建立 (12)2.3 微型客车正面碰撞结构耐撞性分析 (15)2.3.1 加速度分析 (16)2.3.2 整车变形分析 (18)2.4 本章小结 (19)第3章微型客车正面碰撞结构耐撞性改进 (20)3.1 微型客车正面碰撞结构设计策略 (20)3.2 初始结构耐撞性设计中的不足 (21)3.3 结构耐撞性改进 (23)3.3.1 变形区设计改进 (23)3.3.2 不变形区设计改进 (27)3.4 改进后碰撞安全性分析 (30)3.4.1 加速度分析 (30)3.4.2 整车变形分析 (31)3.5 本章小结 (32)第4章微型客车正面碰撞耐撞性与轻量化优化设计 (34)4.1 基于代理模型的优化理论 (34)4.1.1 试验设计 (35)4.1.2 代理模型 (37)4.2 碰撞简化模型的建立 (40)4.3 碰撞安全问题优化流程 (42)4.4 主要吸能部件多目标优化 (43)4.4.1 优化模型建立 (43)4.4.2 优化过程 (44)4.5 优化方案效果验证 (48)4.6 本章小结 (49)总结与展望 (50)参考文献 (52)附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录 (52)附录B攻读硕士学位期间所参加的科研项目 (57)致谢 (58)第1章绪论1.1微型客车碰撞安全性研究背景及意义汽车作为一种交通工具，给人们的日常生活带来了极大地方便。
某轻型客车正面碰撞仿真分析
Ｆ ａ ｎ ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ ２ ， Ｙ ａ ｎ ｇ Ｑ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ ｂ ￣ ， Ｘ ｕ Ｍａ ｏ ｌ ｉ ｎ ３ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｒ ａ ｆ ｉ ｆ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ８ １ ，
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ６ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ － ５ ４ ８ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ １ ３
某轻型客 车正面碰 撞仿 真分析
方超 － － ， 杨 启 梁 ， 徐 茂林。 ， 杨 胜。
（ １ ． 武 汉 科 技 大 学 汽 车 与交 通 工 程 学 院 ，湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ８ １ ；２ ． 湖 北 汽 车 工 业 学 院 汽 车工 程 学 院 ，湖北 十 堰 ４ ４ ２ ０ ０ ２ ３ ． 东 风 汽 车 商用 车 技 术 中 心 。湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ５ ６ ）
３ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｄｏ ｎ ｇ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ５ ６， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ ｒ ａ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｐ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｇ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ＂ ’ ｓ
客车正面碰撞仿真分析及性能优化
客 车 技 术 与 研 究第4期 BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.4 2019作者简介:彭 旺(1982 ),男,工程师;主要从事车辆结构设计方向的研究和客车研发管理工作㊂客车正面碰撞仿真分析及性能优化彭 旺,张雅鑫(比亚迪汽车工业有限公司,广东深圳 518118)摘 要:以某客车为研究对象,基于HyperMesh /Ls-Dyna 模块对其进行不同方案的正面碰撞安全仿真分析,验证碰撞能量管理及碰撞力传递路径优化对提升客车正面碰撞性能的效果㊂关键词:客车;正面碰撞;仿真分析;HyperMesh /Ls-Dyna 中图分类号:U467.1+4;U469.1 文献标志码:A 文章编号:1006-3331(2019)04-0009-03Simulation Analysis and Performance Optimization of Coach Frontal CollisionPENG Wang,ZHANG Yaxin(BYD Automobile Industry Co.,Ltd.,Shenzhen 518118,China)Abstract :Taking a coach as the research object,this paper does the simulation analysis of frontal collision safety based on the HyperMesh /Ls_Dyna module,and verifies the effect of collision energy management and collision force transmission path optimization method improving the coach frontal collision performance.Key words :coach;frontal collision;simulation analysis;HyperMesh /Ls-Dyna 据统计,客车正面碰撞事故约占客车事故的40%~60%,同时死亡人数占比达到60%左右[1-3]㊂客车在碰撞过程中,车辆前部结构会发生极大变形与溃缩,立柱㊁座椅和隔板等附件发生严重变形侵入驾驶员与乘客生存空间,造成大量人员伤亡事故[4-5]㊂因此,开展客车前部结构强度研究具有重要意义㊂本文基于HyperMesh /Ls-Dyna 模块对某客车进行正面碰撞安全分析研究,并根据实车正面碰撞试验结果,对客车正面碰撞仿真分析进行可行性验证㊂1 客车有限元模型建立2016年,重庆车辆检测研究院进行多种类型客车的100%正面刚性壁障碰撞试验,碰撞速度为30~32km /h,故本分析采用相同初始条件:客车整备质量状态下以30km /h 进行100%正面刚性壁障碰撞模拟㊂在建立客车有限元模型时需对其进行简化㊂本模型保留车架㊁车身骨架等主要承载结构,简化蒙皮㊁玻璃和内外饰件等非主要承载结构[6-8]㊂刚性壁障及地面采用刚性墙Rigidwalls 进行模拟;在Z 方向施加9.81m /s 2的重力加速度;在-X 向施加30km /h 速度;客车模型自接触采用自动单面接触算法[9]㊂整车骨架及轮胎等部件采用壳单元构建[5],其余电器件等通过Mass 点进行配重,焊接与铆接采用Rbe2单元进行连接处理㊂本模型采用10mm×10mm 单元尺寸进行划分网格,其中网格质量各项指标需满足建模要求:Warpage≤15°;Aspect Ratio≤5;Angle Quad =40°~135°;Angle Tria =25°~120°;Jacobian ≥0.6;三角形壳单元百分比不超过5%㊂图1为某客车正面碰撞有限元模型㊂图1 某客车正面碰撞有限元模型2 客车正碰分析方案研究2.1 客车前部结构优化思路客车正面碰撞过程中,客车前端吸能区未吸收的能量会通过车架车身结构传递至驾驶员所在的坚固区和前排乘客所在的后端吸能区,传递至后方的能量越大,坚固区变形越大,同时驾驶员和前排乘客产生的加速度越大,驾驶员侧结构变形量过大会导致驾驶9区结构侵入驾驶员生存空间;加速度过大会对人员造成强烈冲击伤害;乘客门侧A 柱位置变形量过大会导致乘客门无法打开影响救援㊂故为了保证驾驶员和乘客的安全,吸能区前部结构需要尽可能多地吸收碰撞能量,所以前部结构设计非常重要[10-13]㊂前部结构分区及碰撞力传递路径如图2所示㊂图2 前部结构分区及碰撞力传递路径2.2 客车正碰分析方案为进一步研究客车前部吸能区结构对提升客车正面碰撞性能的影响,对下列3种方案进行对比分析:1)原方案,未安装吸能防撞装置㊂2)改进方案1,安装吸能防撞装置,如图3所示㊂吸能防撞装置包括防撞梁主梁㊁防撞梁连接件和吸能盒等结构,主要材料为Q345B㊂图3 吸能防撞装置方案13)改进方案2,优化吸能防撞梁结构及吸能盒布置形式㊁数量,如图4所示㊂吸能盒表面变为褶皱结构,溃缩能力增强,单个吸能盒的吸能能力提升;主梁两端变为斜面结构,通过吸能盒满足吸能装置与车架的固定,同时吸能盒数量翻倍,吸能能力也显著增长㊂图4 吸能防撞装置方案23 客车正碰仿真结果分析及验证3.1 客车正碰仿真数据读取碰撞仿真结束后对结果进行分析,读取左右两侧立柱a-c 上5点的X 向相对变形量,位置如图5所示㊂同时读取转向管柱后部位置㊁驾驶员座椅椅脚位置㊁第一排乘客处座椅椅脚位置加速度仿真值,分别定义为ACC1㊁ACC2㊁ACC3,统计X 向加速度大小并进行数据分析[12-13]㊂图5 前部结构变形量测量位置图6为客车正面碰撞仿真结果中立柱a -c 上5点间的X 向相对变形量读取数据,其中Rab_11代表立柱a 和立柱b 上1号点之间的X 向相对变形量,以此类推;表1为各方案ACC1㊁ACC2㊁ACC33点的加速度峰值仿真值读取数据㊂图6 各方案前部结构变形量对比表1 各改进方案加速度峰值与原方案对比g方案序号ACC1ACC2ACC3原方案Max 109.1109.726.8Min-122.8-134.1-16.9改进方案1Max 85.978.518.7Min -71.3-66.4-6.1改进方案2Max 65.859.630.2Min -51.2-46.4-11.93.2 客车正碰仿真数据分析原方案正碰仿真结果中,乘客门侧ab 柱间最大变形量为375mm,可能导致乘客门无法打开㊂驾驶员侧ab 柱间最大变形量为213mm,变形量会侵入驾驶员生存空间㊂驾驶员处-X 向加速度峰值为134.1g ,驾驶员受到的冲击伤害会很大㊂改进方案1正碰仿真结果中,增加吸能防撞装置后,分析结果中乘客门侧ab 柱间最大变形量减小至01客 车 技 术 与 研 究 2019年8月281mm,对比原方案下降25%,乘客门侧ab柱间最大变形量为149mm,下降30%;ACC1㊁ACC2㊁ACC33处X向加速度最大峰值分别下降41.94%㊁50.48%㊁30.22%;变形量及加速度均有改善㊂改进方案2正碰仿真结果中,优化吸能防撞装置后,分析结果中乘客门侧ab柱间最大变形量降为202 mm,对比原方案下降46%,驾驶员侧ab柱间最大变形量降为71mm,下降66%;ACC1㊁ACC2㊁ACC33处X向加速度最大峰值分别下降58.31%㊁65.40%㊁30.22%;变形量及加速度改善程度较改进方案1更加明显㊂从各方案变形量及加速度峰值对比可知,改进方案1相对原方案变形量及加速度均有改善,改进方案2较改进方案1改善量更大,说明整车前部结构的优化可以很大程度地降低驾驶员区和乘客区结构受到的影响,降低乘员伤害,提高客车正面碰撞安全性㊂3.3 仿真可行性验证图7为改进方案1试验车碰撞转向管柱后部位置㊁驾驶员座椅椅脚位置㊁第一排乘客处座椅椅脚位置加速度曲线㊂试验车吸能防撞结构与改进方案1一致㊂试验车3处加速度曲线与改进方案1仿真分析曲线趋势基本一致,试验车3处加速度峰值分别为79g㊁81g㊁16g;改进方案1仿真分析3处加速度峰值分别为85.9g㊁78.5g㊁18.7g㊂通过加速度数据对比可以看出,改进方案1的加速度峰值与试验车偏差分别为13.3%㊁3%㊁16.9%,具有较高一致性;同时分析改进方案1能量曲线可知,滑移能㊁沙漏能均满足标准,初始总能与结束总能能量变化小于2%,故认为该正面碰撞仿真分析方法合理可行㊂图7 试验车各位置加速度曲线4 结 论通过正面碰撞仿真分析对比客车3种前部结构方案,表明优化前部吸能防撞装置能显著提升客车正面碰撞安全性,实车正面碰撞的试验结果对客车正面碰撞仿真分析的方法进行可行性验证㊂参考文献:[1]吴胜国.中日道路交通安全法规的比较研究[D].成都:四川大学,2006.[2]刘晓君.实车正面碰撞法规试验的发展趋势[J].世界汽车,1999(3):3-5.[3]王欣,颜长征.客车正面碰撞标准研究[J].交通标准化, 2011(8):6-10.[4]颜长征,王欣,赵东旭,等.客车正面碰撞乘员保护分析[J].机械研究与应用,2017,30(3):78-80.[5]孙治华.营运客车正面碰撞车身结构安全性仿真和评价[D].西安:长安大学,2011.[6]王钰栋,金磊,洪清泉,等.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:机械工程出版社,2012:341-375.[7]谭继锦,张代胜.汽车结构有限元分析[M].北京:清华大学出版社,2009:196-200.[8]钟志华.汽车耐撞性分析的有限元法[J].汽车工程,1994 (1):1-6.[9]张胜兰,郑冬黎,郝琪,等.基于HyperWorks的结构优化设计技术[M].北京:机械工业出版社,2007:125-146. [10]胡玉梅.汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究[D].重庆:重庆大学,2002.[11]张建,范体强,何汉桥.客车正面碰撞安全性仿真分析[J].客车技术与研究,2009,31(3):7-9. [12]胡远志,曾必强,谢书港.基于LS-DYNA和HyperWorks的汽车安全仿真与分析[M].北京:清华大学出版社, 2011:127-147.[13]王可,尹明德.客车正面碰撞仿真建模与分析[J].机械工程与自动化,2011(2):28-30.收稿日期:2019-01-2411 第4期 彭 旺,张雅鑫:客车正面碰撞仿真分析及性能优化。
营运客车追尾碰撞仿真及后部结构耐撞性研究的开题报告
营运客车追尾碰撞仿真及后部结构耐撞性研究的开题报告一、选题背景近年来，随着道路交通的不断发展，营运客车逐渐成为城市公共交通的重要组成部分。
然而，在客车行驶过程中，因为各种原因，如驾驶员疲劳、天气恶劣等，容易发生交通事故。
尤其是营运客车碰撞事故的后果十分严重，可能会导致死亡和严重伤害的发生。
为了提高营运客车的安全性能，需要进行客车的碰撞仿真及后部结构耐撞性研究。
通过模拟客车的追尾碰撞情况，了解客车在不同速度下的碰撞效果，从而为客车后部结构的改善提供依据。
本研究将利用仿真软件，在不同碰撞条件下进行客车追尾碰撞仿真，并对客车后部结构的耐撞性进行研究。
二、选题意义和研究内容1.选题意义营运客车的安全性能对于保障乘客安全至关重要。
营运客车发生交通事故的几率比非营运客车高得多，因此需要进一步研究营运客车的安全性能，提高其安全性能。
而客车追尾碰撞是常见的交通事故类型之一，对客车后部的结构损伤较大，容易引起乘客伤亡，因此有必要进行研究。
2.研究内容本研究将分为两个部分：客车追尾碰撞仿真及客车后部结构耐撞性研究。
（1）客车追尾碰撞仿真利用软件对客车追尾碰撞进行仿真，根据不同速度及碰撞角度下的结果进行分析，得出各种情况下客车的变形情况和受力情况，从而为客车后部结构的改善提供依据。
（2）客车后部结构耐撞性研究在追尾碰撞的基础上，分析客车后部结构的耐撞性，主要研究后部结构的变形及受力情况，并结合仿真结果，提出改善方案。
三、研究方法和技术路线1.研究方法本研究将采用仿真及试验相结合的方法，具体流程如下：（1）确定客车模型及仿真条件，模拟客车追尾碰撞情况。
（2）根据仿真结果，绘制客车的变形情况及受力情况，分析客车的碰撞效果。
（3）在试验室中，利用试验台架对客车后部结构的耐撞性进行检测，比对仿真结果。
（4）综合分析仿真及试验结果，提出客车后部结构的改善方案。
2.技术路线本研究将采用以下技术路线：（1）利用有限元分析软件建立客车的数值模型，进行仿真分析。
轻型客车车架正面偏置碰撞试验与改进研究
科技 嚣向导
２ ０ １ ４ 年３ ０ 期
轻型客车车架正面偏置碰撞试验与改进研究
鲍 月 峰 孟 祥 坤 ｆ 华展汽 车工程研究院 辽 宁 沈 阳
１ １ ０ １ ４ １ １
【 摘 要】 根 据《 乘用车正面偏置碰撞 的乘 员保护》 法规要 求进行碰 撞试验和模拟分析 ， 对车架进行加强改进设计 ， 平头车吸能空 间不足 ， 可以
．
１ ． 研 究 方 向 ４ － ３车架 改进试 验 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护性能指标的确定 、 假人 的布置和 （ １ ） 根据前面几次台车的经验 约束系统 的调整 、 乘 坐位置 Ｈ点和实际靠背角 的确定程序 、 测量技术 以及进 一步 研 究实 车 的情况 ． 采 和仪器 、 可变 性壁障 的定义 、 假人小腿 和脚标定 程序 、 台车的试 验程 用 了如 图 ４ ． １的方案 序。 （ ２ ） 试 验测量 车架前部左 侧 、 其中重要难 点有两个 方面 ： 乘员 的损伤 指标 、 车辆指标 。 右侧 ． 后部左侧 、 右侧和 台车前部 左上侧 、 左下侧 、 右上侧 、 右上侧 ． ２ ． 研 究 目的 总共 四个通道 的加速度 ，加 速度 经过几 个阶段 的模 拟计算 、台车碰撞试验改善轻 型客 车的车架 ． 并不是 很大 ．远远 小于正 面全宽 ４ ・ １ 整 体方案 使 轻型客车在碰撞过程 中既能够不 产生较大变形 又能够产生较 大的 碰撞的加速度 ， 这 是 由于正 面偏置 碰撞撞击 的是蜂 窝铝 ． 而正 面偏置 加速度 。 正 面全宽碰 撞和正 面偏置碰撞 是一 对矛盾 ：在全 宽碰撞 中 ． 车 碰撞的撞图击的是刚体墙 （ ３ ） 试验采用 了高速摄像和普通摄 像结合 的方式 ． 对 于车架在各 辆碰 撞刚 性壁 ， 首要 考虑 的是 加速度 ． 则 要达 到全 宽碰 撞 的国家强 得到 了详细的车架变形过程 制标 准 ， 则 车辆不能 太硬 ， 即加速度 不能太大 。在偏置 碰撞 中 ． 车辆 个方向的变形过程进行拍摄 ． （ ４ ） 从蜂窝铝 的变形 可 以看 出． 该 方案有效地阻挡 了蜂窝铝 的侵 碰撞 蜂窝铝 ， 加速度 不会太大 ． 首要 考虑 的是乘 员空 间 ． 所 以车辆不 入 ． 并且 地板上翘不 大 能太软 。 ４ ． ４车架改进试验结论 为了最大程 度的节 省人力 、 物力 、 财力 ． 所 以尽 可能小的改动现有 （ １ ） 模拟计算 的模型是在上次试验对标 的模 型的基 础上加上改进 的整车布置和车架结构 方案得 到的 ． 从试验 中的结果 和模拟计算 的对 比来看 ． 最关注 的变形 ３ ． 研 究 方 法 量 基本是 一致 的 （ 见表 ４ ． １ ） ． 所存在 的误差 ． 一方 面是测 量精度 的问 ３ ． １ 大变形 非线性 的有 限元计算 另 一方面 ， 试验和模拟本身 也存 在有随机误差 ， 总 的说来 ， 模 型是 有 限元 法的基本思路 可以归结为 ： 将连续系统分割成 有限个分区 题 ， 或单 元 ， 对每个单元提 出一个近似解 ， 再将所有单元 按标准方法 组合 可信 的
客车正面碰撞试验技术及评价方法的研究
客车正面碰撞试验技术及评价方法的研究
近年来，随着汽车行业的发展，安全性已成为消费者最看重的一项指标。
因此，客车正面碰撞试验技术及评价方法的研究受到了广泛关注。
客车正面碰撞试验技术是指在实际碰撞条件下，模拟客车正面碰撞的试验，试验主要包括客车正面碰撞试验，荷载气囊安全垫试验，人模试验，碰撞仿真试验，交叉变量试验等。
客车正面碰撞试验技术的评价方法主要包括客车结构动态变形测量，表面变形测量，内部变形测量，碰撞载荷测量，碰撞能量测量，乘客安全垫变形测量，驾驶员安全垫变形测量等。
客车正面碰撞试验技术及评价方法还可以进行安全性能分析，以确定客车的结构强度，变形特性和碰撞性能，以及指导客车的设计和调整。
本研究的结果表明，客车正面碰撞试验技术及评价方法可以有效地提高客车的碰撞安全性能，为汽车安全性能的改进提供技术支持。
客车正面碰撞试验技术及评价方法的研究具有重要的意义，可以为公共安全贡献力量，提高客车的安全性能，改善行车安全。
小汽车车身碰撞仿真模拟研究
小汽车车身碰撞仿真模拟研究随着人们生活水平的提高，购车已经不再是一件奢侈的事情。
伴随着小汽车数量的增加，交通事故率也与日俱增。
在交通事故中，车身碰撞是十分常见的一种事故形式，而这种事故不仅会对车辆和人体造成严重损伤，还会对交通秩序和道路安全带来极大的威胁。
而针对小汽车车身碰撞问题，研究人员积极开展了仿真模拟研究，以期减少事故的发生。
一、小汽车车身碰撞的现状及原因小汽车车身碰撞，即两辆小汽车在行驶中相互碰撞造成车辆损伤的一种车祸形式。
小汽车车身碰撞事故发生的原因有很多，常见的原因包括：1.车速过快。
车速快可以增加车辆冲击力，导致碰撞事故严重。
2.驾驶员不按规矩行驶。
驾驶员酒驾、超速、驾车疲劳等都是导致事故发生的原因。
3.道路条件不佳。
道路路面不平整、山路陡峭、路面湿滑等道路环境都会让车辆行驶更加危险。
4.车辆性能问题。
车辆制动、转向性能、轮胎气压等都会影响车辆行驶安全。
5.其他因素。
如路口不清晰、盲区测量不到位等因素也会导致车身碰撞事故。
以上原因常常交叉出现，导致车身碰撞事故事故率愈加惨烈。
二、小汽车车身碰撞仿真模拟的意义小汽车车身碰撞仿真模拟研究，是指通过计算机数字模拟技术，对小汽车车身碰撞事故进行仿真模拟。
通过物理实验和数值分析，可以模拟车辆碰撞事故中的各种情况，测试车辆的安全性能，探讨碰撞事故的影响因素和应对策略，为实际交通事故提供科学依据。
小汽车车身碰撞仿真模拟具有以下意义：1.提升科学有效地展开研究。
小汽车车身碰撞仿真模拟在研究小汽车安全性问题时，避免了物理实验在现实情况下无法精准重现的问题，提高了科研工作的效率，使得研究成果更加客观、准确和全面。
2.降低仪器设备成本。
小汽车车身碰撞仿真模拟的实验设备相对于实车测试来说成本较低，同时反复实验的成本也随之降低。
3.提高道路交通安全意识。
小汽车车身碰撞模拟给人们以直观、逼真的模拟感，通过模拟不同路况下的事故场景、不同驾驶者的驾驶习惯集中，呈现出不同的车辆安全性能和人员安全状态。
10.5 m公路客车正碰仿真分析及改进
客 车 技 术 与 研 究第3期 BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.3 2019作者简介:王 煜(1988 ),男,硕士;工程师;主要从事CAE 仿真分析和新技术研发工作㊂10.5m 公路客车正碰仿真分析及改进王 煜,汪中传,郭 悦(安徽安凯汽车股份有限公司,合肥 230051)摘 要:根据‘客车前部结构强度要求及试验方法“征求意见稿的相关要求,对一款10.5m 公路客车进行正面碰撞仿真分析㊂通过HyperMesh 建立客车有限元模型,利用LS_DYNA 进行计算求解,最后通过HyperView 查看仿真分析结果㊂并提出改进方案㊂关键词:客车;正碰;仿真;假人;伤害值中图分类号:U467.1+4 文献标志码:A 文章编号:1006-3331(2019)03-0008-04Analysis and Improvement of a 10.5m Coach Frontal Impact SimulationWANG Yu,WANG Zhongchuan,GUO Yue(Anhui Ankai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230051,China)Abstract :According to the related requirements of the draft for comments of Strength Requirements and Test Methods for Coach 's Front Structure ,a 10.5m coach is analyzed for frontal impact simulation.The finite el⁃ement model of the coach is established through HyperMesh,and the LS_DYNA is used for calculation and solution.Finally,the simulation results are viewed through HyperView.And the improvement plan is put forward.Key words :coach;frontal impact;simulation;dummy;damage value 随着公共交通出行和旅游业的快速发展,客车行业进入到了高速发展阶段,同时大家也越来越重视客车的安全性能[1]㊂由于其载客数量多,一旦发生严重车祸,就会出现群死群伤的后果㊂客标委快速做出反应,发布了‘客车前部结构强度要求及试验方法“征求意见稿㊂本文通过对10.5m 公路客车进行仿真分析,研究正面碰撞后假人各要求部位的伤害值,并进行改进㊂1 整车有限元建模基于该客车的三维模型进行有限元网格划分,并根据CAE 有限元分析模型简化原则[2-3],对该车有限元模型进行正确合理的简化处理㊂客车底架㊁前后围㊁侧围以及顶盖主要由矩形管拼接而成,形状较规则,故对其抽壳采用2D 壳单元划分网格㊂推力座㊁前后桥中的一些零部件由于其厚度较大,一般超过了10mm,故采用3D 实体单元划分网格㊂其余如发动机㊁变速器㊁离合器等较复杂的零部件,对其表面划分网格后进行厚度偏置㊂整车骨架网格大小采用10mm 划分,蒙皮㊁玻璃等形状较规整的采用20mm 划分㊂具体整车FE 模型信息如下:满载质量15.6t;质心位置(X ,Y ,Z )3480,-3,1400;整车节点数4120568;整车单元数5653526㊂在整车的连接中,矩形管或者钢板连接主要采用节点融合,并管采用1D 刚性单元RigidBody 连接;整车玻璃采用胶粘方式连接,胶粘类型选择adhesive (shell gap);蒙皮与车身采用焊接方式连接,焊接类型选择mat100(hexa);各零部件之间的运动副采用与实际运动相符的铰链连接;动力总成㊁空调等零部件与车身骨架连接采用关键字*CONSTRAINED _RIGID_BODIES 进行连接[4];为了能更真实地模拟轮胎内部充气的影响,需要在轮胎内部建立一个airbag8气囊模型,该气囊由其四周封闭单元组合定义一个contactsurfs [5]㊂整车有限元模型如图1所示㊂图1 整车有限元模型为了后续优化的方便,将模型以不同零部件的形式分成各个子k 文件,最终由master 总文件利用关键字*INCLUDE 将其整合㊂网格划分完毕后,由于内外饰㊁电器等未建模的部件以及底盘㊁动力总成等较复杂的零部件采用表面划分网格的均需对其进行配重,最终使模型的质心与整备车辆的质心相同㊂其中内外饰㊁电器等采用均布质量点的配重方式,底盘和动力总成等部件采用集中质量点的方式进行配重㊂前述征求意见稿要求客车应具有足够的强度和刚度,计算机模拟整车碰撞试验中采用的假人为Hy⁃brid III 50%的假人模型㊂根据乘客座椅在车辆上的布置情况,规定在车辆紧邻前部约束隔板的第一排乘客座椅的每个座位,第二排左侧靠窗的座位,第三排更靠前的一侧乘客座椅的每个座位,各安放一个假人㊂根据该车的座椅布置,放置假人后的人员布置如图2所示㊂图2 假人放置情况考虑到假人的实际重量会使得座椅面有一定凹陷变形,故下一步进行座椅变形处理,最后对假人的其他部位进行调节,使得假人符合实际坐姿㊂当假人的位置调整完毕后,进行安全带的绑定㊂该车包括驾驶员在内的前三排乘客均采用三点式安全带,故仿真中假人全部利用Primer 软件进行三点式安全带的建模㊂在安全带建模过程中,为了防止在碰撞过程中卷轴器Retractor 中的1D 单元过短而导致计算终止,将卷轴器Sbelt rows inside 参数调整为50,以便1D 单元在碰撞中有足够的伸长量;同样为了防止滑环Slip⁃ring 的1D 单元过短,将滑环两边的1D 单元替换成2D 单元,这样在后续计算中避免因安全带1D 单元过短而导致计算终止㊂安全带的其他参数均按供应商提供的参数进行设定㊂2摇正面碰撞仿真分析根据征求意见稿要求,将在仿真系统中建立刚性墙,其方向与试验车辆行驶方向相对,一般仿真中的刚性墙类型选择RWPlanar,此刚性墙在仿真中为无边界刚性墙[6]㊂考虑到仿真计算时间的问题,将刚性墙建立在车辆前方5mm 左右即可,以此来缩短车辆行驶过程中的计算时间㊂利用关键字*DEFINE_BOX 将整车放置其中,赋予盒子速度为30km /h 即8333.333mm /s,此状态为正面碰撞仿真的初始状态㊂设置碰撞持续时间为120ms,2ms 输出一个动画结果㊂此外需对整车和刚性墙作接触定义,用关键字*CONTACT_AUTOMATIC _SINGLE _SURFACE 对整车进行自接触定义,利用关键字*CONTACT_AU⁃TOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE 对整车与刚性墙作面对面的接触定义[7]㊂碰撞仿真初始状态如图3所示㊂图3 碰撞仿真初始状态设置完毕后,利用LS_DYNA 进行求解计算,将结果文件中的d3plot 用后处理软件HyperView 打开,查看整个碰撞的过程动画,120ms 时碰撞车辆的状态如图4所示㊂9 第3期 王 煜,汪中传,郭 悦:10.5m 公路客车正碰仿真分析及改进图4 120ms时的碰撞状态查看仿真中的能量曲线图,得到能量守恒,沙漏能㊁滑移能均小于总能量的5%,可判断此仿真的有效性[8]㊂仿真计算后,打开编制好的tpl文件,导入结果文件中的binout文件可查看假人的各部位伤害值情况㊂具体各部位伤害值曲线图见下文改进前后对比图,虚线为改进前伤害值曲线㊂头部伤害值HIC最大值达到962.398,超过 征求意见稿”中的最大允许指标500;颈部剪切伤害符合 征求意见稿”中的要求,拉伸伤害大于限值曲线,不符合要求,颈部对Y轴弯矩在伸张方向最大达到60.43kN,超过最大值要求;由于方向盘在碰撞过程中撞击了胸部,故胸部3ms加速度达到了134.7g[9-10],远超 征求意见稿”要求值;左腿受力最大值为6.9kN㊁右腿受力最大值为9.98 kN,小于10kN的要求,且满足持续作用时间大于20 ms时,受力均小于8kN的要求,所以大腿受力符合 征求意见稿”规定的要求㊂3摇改进从仿真后的结果得到,客车正碰后头部㊁颈部㊁胸部均不符合意见稿的要求,只有大腿的受力符合要求㊂通过仿真动画看出,方向盘在正面碰撞过程中撞击人体胸部是导致伤害值不符合要求的主要原因,而客车正碰主要依靠前围及底架前段进行吸能㊂通过以上分析,改进主要从以下两个方面进行考虑: 1)结构优化㊂前围部分纵梁和底架前段相对较为薄弱,导致前围侵入过多,所以应加强纵向结构,减小方向盘的撞击力度㊂在备胎支架的下端及两侧骨架增加纵梁,底架前段第一片梁增加纵梁结构,纵梁桁架增加相应斜撑㊂2)材料优化㊂前围碰撞件材料主要由Q345和Q235组成,Q345比Q235材料强度较强,所以主要纵梁吸能件尽量采用Q345材料㊂改进后再次进行仿真计算,得到的各项指标见表1,除胸部加速度稍高于要求外,其余均已达标㊂改进前后的结果对比如图5到图8所示㊂表1 改进后各项指标结果考察项目结果目标头部HIC86.8<500颈部伸张力2.1kN<目标曲线剪切力0.05kN<目标曲线Y轴弯矩30N㊃m<57N㊃m 胸部3ms加速度32g<30g左大腿作用力2.3kN<10kN右大腿作用力1.9kN<10kN图5 改进前后头部加速度曲线对比图(a)改进前后颈部伸张力对比(b)改进前后颈部剪切力对比(c)改进前后颈部对Y轴弯矩在伸张方向对比图6 改进前后颈部伤害值曲线对比图01客 车 技 术 与 研 究 2019年6月图7 改进前后胸部合成加速度曲线对比图(a)改进前后左大腿受力对比(b)改进前后右大腿受力对比图8 改进前后大腿受力曲线对比图4 结束语本文基于LS_DYNA 对该车型依据‘客车前部结构强度要求及试验方法“征求意见稿进行正面碰撞仿真分析研究㊂由仿真结果分析得出头部㊁颈部㊁胸部均不符合要求,对该车的前围㊁底架前段结构以及材料进行改进后基本达到意见稿要求㊂参考文献:[1]何汉桥,张维刚.我国客车安全综述[J].客车技术与研究,2007,29(2):1-4.[2]Toshiaki Sakurai.Application of Finite Element Analysis ofStructural Crashworthiness for Body Design Stage [C].Bei⁃jing,1989:1-7.[3]钟志华.汽车耐撞性分析有限元法[J].汽车工程,1994(1):1-6.[4]刘冬梅.客车车身结构强度分析及侧翻碰撞模拟仿真[D].西安:长安大学,2007.[5]胡远志,曾必强,谢书港.基于LS-DYNA 和HyperWorks 的汽车安全仿真分析[M].北京:清华大学出版社,2011:105-106.[6]朱西产,钟荣华.薄壁直梁件碰撞性能计算机仿真方法的研究[J].汽车工程,2000,22(2):85-89.[7]杨成国.某车型的正面碰撞模拟仿真分析[D].沈阳:沈阳工业大学,2017.[8]贾宏波,黄金陵,谷安涛,等.数值模拟技术在汽车碰撞分析中的应用[J].中国公路学报,1999(2):102-106.[9]郭庆祥,王楠,董传林.等.正面碰撞中座椅对儿童伤害的影响研究[J].公路与汽运,2016(1):11-13.[10]李莉,段大伟,刘孙炼,等.基于不同身材乘员保护的约束系统优化研究[J].汽车工程,2016,38(11):1312-1318.收稿日期:2019-01-0311 第3期 王 煜,汪中传,郭 悦:10.5m 公路客车正碰仿真分析及改进。
小型客车整车正面碰撞分析
小型客车整车正面碰撞分析
龚友;刘星荣;葛如海
【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2000(021)003
【摘要】应用动态非线性有限元法对小型客车整车在正面碰撞过程中的大变形过程进行了计算机模拟.运用ANSYS/LS-DYNA3D软件,在合理简化的基础上,建立了整车的有限元模型.通过计算机模拟,预测了某小型客车在正面碰撞过程中的变形位置和变形形式.模拟结果表明,碰撞过程为50 ms,撞击力达到85 G,最大位移30 cm,乘客门产生了较大变形,该车的前部结构耐撞性较差.针对存在的问题,对车辆结构提出了改进措施.此外,通过对比分析发现:整体碰撞结果与部件碰撞相差较远,受撞部件的塌陷模式和对碰撞能量的吸收都有很大区别.最后以车架为重点进行了探索性改进.模拟表明,对车辆前部进行适当削弱可以有效地改善汽车耐撞性,但需对整体做较大改动才能彻底改善汽车的耐撞性.
【总页数】6页(P16-21)
【作者】龚友;刘星荣;葛如海
【作者单位】江苏理工大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013;江苏理工大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013;江苏理工大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】U461.91
【相关文献】
1.小型客车整车正面碰撞分析 [J], 龚友;刘星荣
2.某小型客车正面碰撞建模与仿真分析 [J], 唐焱;刘俊杰;高吟
3.基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析 [J], 梁永;李碧浩;杜汉斌
4.整车正面碰撞安全CAE分析与试验对标 [J], 尹杨平;刘文慧;蒋兵
5.基于LS-DYNA的整车正面碰撞仿真分析及优化 [J], 王开松;彭新宇;谢有浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
轻型客车耐撞性研究与结构改进
模 型增 加 的质 量不 能 超过 原 总质 量 的５ 。 撞 仿 真分 ％ 碰
析 中 ， 定 的 质 量 缩 放 系 数 为 一０ ０ ２ 设 ．０ 。
１ １ ５ 点 ＇－ 接 ．． Ｎ连 对 于 普 遍 采 用 点 焊 技 术 连 接 覆 盖 件 的 轻 客 车 身 来 讲 ， 接 方 式 的 模 拟 在 建 立 整 车 碰 撞 模 型 中 是 十 分 重 连 要 的 。 过 试 验 ， 现 车 身 的 焊 点 均 未 失 效 ， 此 通 过 通 发 为
的 可 见 变 形 ， 为 底 盘 部 分 主 要 吸 能 元 件 ， 该 结 构 进 作 对
行 了 细 致 规 则 的 网格 划 分 。 １２５ 底盘有 限元 模型 ．． 碰 撞 过 程 中 ， 动 机 以 后 的 部 件 变 形 较 小 ， 此 网 发 因 格 可 以 划 分 得 稀 疏 些 ， 掉 所 有 小 的 倒 角 ， 化 控 制 去 简
型 的最 小 单元 长度 为 ５ ｍｍ。 元 类 型 主 要 为 线 性 四 边 单 形 及 六 面 体 ， 角 形 单 元 在 单 元 总 数 中不 超 过 １ ％ 。 三 ０
１１２ ．． 网格 戈 分 Ⅱ 采 用 ＨＹ ＥＲＭＥ Ｈ 软 件 进 行 网 格 划 分 ， 立 车 身 Ｐ Ｓ 建
辆 较 为 充 分 地 吸 收 了碰 撞 能 量 。 ５ｍｓ以后 ， 盘 Ｘ方 ３ 底
向 上 的 加 速 度 急 剧 增 大 ， 明 ３ 表 ５ｍｓ以 后 ， 盘 吸 收 碰 底
撞 能量 较少 。
臂 ， 用 梁 单 元 划 分 扭 簧 、 向稳 定 杆 等 。 采 横
１２６ 车身 与底盘 的连接 ．．
轻 型 客 车 耐 撞 性 研 究 与 结 构 改 进
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但是上述研究只仅单独研究了车辆的结构耐撞性或者 被动安全性 。本文利用 Pam - C rash分三个阶段对某微型客 车及乘员约束系统进行了建模及仿真研究 ,全面研究了该微 型客车的正面碰撞特性 ,包括结构耐撞性和乘员安全性 。
2 白车身的建模及仿真计算
图 2 计算和试验所得的白车身碰撞力曲线
图 1 白车身有限元模型
整个白车身结构是由几十个部件组成 ,不同部件的连接
通过点焊来实现 。研究表明 ,一般碰撞情况下 ,白车身的点焊
不会发生开裂 ,可以不考虑点焊的失效 ,因此采用单元节点
之间的刚性连接方式模拟点焊连接 。
白车身有限元模型共包括 163395 个单元 , 174144 个节
整车有限元模型如图 3 所示 , 共包括 189869 个单元 , 203113个节点 , 3041个焊点数 。
图 3 整车有限元模型
整车模型中不同部件的连接和薄壳结构材料的定义也 按照和白车身模型同样的方法进行处理 。轮胎材料采用等效 刚度的弹性材料来模拟 。
模拟整车碰撞试验条件 ,将整车模型加上 48km / h的速 度正面撞向一固定刚性墙 ,进行了模拟计算 。图 4 是碰撞终 了时计算所得的整车模型的变形图和试验所得的整车变形 图比较 。由图 4可以看出 ,模拟计算中有限元模型的前端及 B 柱附近的变形均与试验结果相似 。
示.
依据 CMVDR 294,该假人模型
在车内的放置位置和姿势是由下列
几个特征确定 [7 ] :
1)“H ”点和“R”点重合 。
2) 实际靠背角和设计靠背角相
一致 。
3) 驾驶员假人模型的上臂贴近
躯干 ,其中心线尽量接近铅垂平面 ,
因右脚不能放在加速踏板上 , 故垂
直于小腿放在适当位置 , 且沿踏板
1 引言
随着计算机软硬件技术的发展 ,大量成熟而可靠的商用 有限元软件的出现 ,采用有限元法对汽车碰撞进行模拟仿真 取得了重大的进展 。近年来国内外开展了不少汽车结构耐撞 性和 被 动 安 全 性 建 模 和 仿 真 研 究 方 面 的 工 作 。D hafer M a rzougui[1 ] 等利用逆向工程法对福特 Tau rus轿车进行了正 面碰撞的数值模拟 ,并与试验结果进行对比 ,两者吻合较好 。 Z. Q. Cheng等 [2 ] 对一款本田轿车的正面碰撞特性进行了数 值模拟研究 ,取得了与试验较为一致的结果 。张维刚 、钟志华 等 [3 ] [4 ] 利用计算机仿真技术对某轿车正面碰撞吸能特性做 了一定改进 ,并进行了试验验证 。同济大学的陈礼幡 [5 ] 将多 体动力学计算软件 MAD YMO 和回归设计技术理论结合起 来 ,研究了汽车安全带刚度及其上固定点位置对乘员头部伤 害指标 H IC的影响 。
司提供的数据确定 。
整车有限元模型定义了自接触 ;假人和座椅定义了刚体
和刚体的接触 ;假人和整车前地板 、前壁板定义了面面接触 ,
假人和安全气囊定义了面面接触 ,所建立的乘员约束系统模
型如图 7所示 。
图 5 计本文所建立的乘员约束系统模型包括假人 、安全带和安 全气囊等模型 。
由表 1和图 2的结果可知 ,模拟计算与试验结果基本吻 合。
3 整车的建模及仿真计算
转向柱 、转向盘 、仪表板 、挡风玻璃 、前蒙皮 、车门等结
构 ,也基本按照白车身的建模方法 ,在各个结构的 IGES线框 图的基础上进行简化而建立 。对于整车中的某些组件 ,其力
学性能对整车正面碰撞特性影响很小 ,例如放置在驾驶室后 面的发动机 、油箱等基本没有参与正面碰撞 , 建模中采取了 比较大的简化 , 简化成了大致轮廓 、质量相近的质量块 。此 外 ,座椅简化成了由两个规则的刚性平面组成 , 悬架简化为 规则的梁 ,轮毂则简化为薄壁刚性结构 , 轮胎使用外形相同 的实体来建模 。整车的几何建模完成后 , 对整车模型中的薄 壳结构使用四结点壳单元进行网格划分 ;对于发动机 、油箱 、 轮胎等实体质量块采用实体单元进行网格划分 ;对于悬架采 用梁单元进行网格划分 。
假人模型使用 FTSS公司开发研制的 MB S假人模型 。 FTSS公司通过建立精确的几何模型 , 确定准确的材料属性 来建立假人模型 ,并通过组件级和总装级的计算 、试验对比 来验证所建立的假人模型的可靠性 。
MB S假人身体的各部分都是使用 SH ELL 单元 ,除了胸 部的一部分使用柔性体以外 , 身体的其他部分都定义为刚 体 。人体的关节用 Jo int单元来模拟 ,在其材料属性里面定义
点 , 2582个焊点 。
由于实际碰撞时的速度较高 ,而车身材料为对应变率较
为敏感的低碳钢 ,因此 ,应考虑应变率对材料性能的影响 。采
用 Pam - C ra sh中的材料模型 Elastic Pla stic (102) ,应变率模
型为 Cowpe r - Symond s,即 :
σ n
=
σ Y
A BSTRACT: This p ape r comp le te s the modeling and sim u la tion of fron ta l c rash p erfo rm ance of a m inibu s and occupant restraint system s, includ ing structu re c ra shwo rthine ss and occupan t safe ty. The mode ling is d ivided in to three stages: wh ite body; vehicle; vehic le and occup an t re stra in t system s. Sim ulations a re p roceeded acco rding to the te st cond ition s a t every stage, and the sim ulation resu lts a re found to be consisten t and in good agreem ent w ith the cra sh exp erim ent da ta. It show s tha t the modeling and sim u la tion m ethod a re valid. A nd the mode ling and sim ula tion m e thod of vehic le structure c ra shwo rthine ss and occup ant p ro tection p resen ted in th is p ape r can p rovide impo rtant references fo r vehicle imp rovem ent in p a ssive safe ty and deve lopm en t of new type of vehicles. KEYW O RD S:M inibu s; Structura l c ra shwo rthine ss; O ccupant p ro tec tion; Compu te r sim ulation
(1
ε +)
D
1 P
(1)
式中 ,σn 为考虑应变率之后的动态屈服应力 ,σY 为静态的屈 服应力 ,ε为应变率 , D和 P为 Cowp er - Symond s模型中的参
数 ,对低碳钢 ,一般取 D = 40 / s, P = 5。
模拟白 车 身 的 试 验 条 件 , 将 整 个 白 车 身 模 型 加 上
M odeling and S im ula tion of Fron ta l Cra sh Performance of a M in ibus
J IAN G Zh i - ha i, FAN Zi - jie, GU I L iang - jin, CH EN Zong - yu
(D ep artm en t of A u tomo tive Enginee ring, Tsinghua U n iversity, Sta te Key L abo ra to ry of A u tomo tive Safe ty and Energy, B e ijing 100084, China)
实车的位置确定 。安全带采用 B ar单元 ,其材料属性根据实车
碰撞试验所用的安全带材料属性确定 。
安全 气 囊 有 限 元 模 型 使 用 四 节 点 膜 单 元 , 采 用
SafeEdito r完成折叠和建模 ,模拟计算所需的各种参数 ,包括
充气质量流速率曲线和充气质量流温度曲线等 ,根据合作公
计算所得的碰撞力曲线和试验结果如图 5所示 。由图 5 的结果可知 ,模拟计算所得的碰撞力曲线和试验结果基本吻
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合。
图 4 整车的变形模式比较
了各个方向转动的扭矩 - 转角的曲线来模拟人体关节的转
动特性 。在头颈 、胸部 、大腿 、小腿部位还加了 Sp ring单元 ,用
来模拟人体某些部位的弹性和变形 。MB S假人模型如图 6所
由于白车身结构属于薄壁结构 ,因此在完成白车身几何 建模后 ,采用四节点壳单元进行网格划分 。在有限元计算中 ,
网格稀疏和质量优劣对模拟计算的精度有较大影响 ,因此对 于车架等对白车身正面碰撞特性有重大影响的组件 ,需要用 较小尺寸的网格进行离散 ; 对于其他组件 ,适当采用比较大 尺寸的网格进行离散 ,以控制计算规模 ,提高计算效率 。完成 网格划分后所建立的白车身有限元模型如图 1所示 。
摘要 :该文利用 Pam - C rash对某微型客车及乘员约束系统进行了建模及仿真研究 ,全面研究了该微型客车的正面碰撞特 性 ,包括结构耐撞性和乘员安全性 。整个建模过程分三个阶段 :白车身建模 ;整车建模 ;整车及乘员约束系统建模 ,每个阶段 都参照相应的试验条件进行了仿真计算 ,所得计算结果与试验结果基本吻合 ,表明所建立的微型客车及乘员约束系统模型 是可信的 、采用的建模和计算方法是正确的 。这些仿真方法可为企业改善汽车的碰撞安全性或开发新产品提供参考 。 关键词 :微型客车 ;结构耐撞性 ;乘员保护 ;计算机仿真 中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : B