汽车保险杠结构参数变化对汽车碰撞特性影响

高 。为此 ，概述 了用 于碰撞仿 真分 析的显式非线性有限元 的基 本理论 ，建立 了基于 ＥＣＥ—Ｒ４２法规 的摆锤低
速撞击保险杠模型 ；利用 ＨｙｐｅｒＶｉｅｗ对仿真结果 中的保险杠系统应力应变 云图、横梁变形部位节点 位移 、吸能
盒压缩量 ，以及能量变换等 内容进行 了深入客观 的分析 ；探讨 了横梁截面形状 、厚度和材料等 因素对保险杠碰
图 １ 仿 真 流程 图
２ 模型的建立
２．１ 保 险杠模 型 的建 立 保 险杠模 型 主要包括 吸能 盒和保 险杠 两个 部
分 ，通 常采用 焊 接 技 术 将 其进 行 接 合 。根 据 已测
收 稿 日期 ：２０１５—０５—２５． 作 Байду номын сангаас 简 介 ：乔 维 高 （１９６４～），男 ，江 苏 扬 州 人 ，武汉 理丁 大学 汽 车 工程 学 院教 授 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（５１２７５２１１）．
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武汉 理工大学学报（信息与管理工程版 ）
２０１６年 ２月
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｖ ｅｈｉｃｌｅ Ｂｕｍ ｐｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ Ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｎ Ｃａｒ Ｃｒａｓｈ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ＱｌＡｏ Ｗｅｉｇａｏ，ＺＵＯ Ｙｉｓｈｕｎ，ＴＵ Ｊｉｎｊｉｎ，ＬＩ Ｙｕａｎ
１ 保 险杠 碰 撞 仿真 的 计 算 方 法
汽 车正 面碰 撞 会 产生 剧 烈 位 移 与顺 势 扭 转 ， 导 致材 料剧 烈变 形 。当材 料极 度变形 超过 其 塑性 临界 值 时 ，材 料 应 力 与 应 变 呈 非 相 关 对 应 关 系 。 因此对 步 长 的选 取 必 须 足 够 小 ，才 可 以不 破 坏 材 料 的本 构 。于是 ，在 汽 车碰 撞 仿 真 过 程 中采 用 显 式非线 性 有 限元 方 法 ¨ 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｓ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｒ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｃａｒ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｖａｒ ｉｅｔｙ ，ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈｅｓｔ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｌｉｃｉｔ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｒａｓｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＣＥ —Ｒ４２，ａ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｗ —ｓｐｅｅｄ ｃｒａｓｈ ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＣＥ —Ｒ４２，ａ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｗ —ｓｐｅｅｄ ｃｒａｓｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒ ｂｕｍｐｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ＣＯｉｌｔｏｎｒｓ． ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｏｄｅ ｗｈｉｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐａｒ ｔｓ ｏｆ ｂｕｍｐｅｒ
撞 特 性 的影 响 。
关键词 ：保险杠 ；汽车碰撞 ；显式非线性有限元 ；Ｌｓ—Ｄｙｎａ
中 图分 类 号 ：Ｕ４６１．９１
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５—３８５２．２０１６．０１．０２４
随着我 国经 济 水 平 的不 断 提高 ，人 们 对 汽 车 性 能 的要求 也越 来越 高 。汽车 车速 的提 升是 当下 汽车制 造 的普遍 趋势 ，然而 车 速 提 高 导致 交通 事 故 发 生率 居 高不 下 ，产 生 严 重 的 交通 威 胁 。交 通 事故 中发 生率 最 高 的是 汽 车 正 面 碰撞 ，在 汽 车正 面碰撞 过 程 中吸 能部 件 主要 是 保 险杠 ，保 险杠 可 以起 到在 一定 承 压 范 围 内减 轻 汽 车 变形 、保 护 驾 驶人 的作 用 。 因此 对保 险杠 碰撞 特性 的研究 对保 护人 身安 全 、降低 交通事 故 伤亡率 有着 重要 意义 。
在 大 型工程 问题 的计 算分 析 中应用 非线 性动 态有 限元 方法 时 ，需 要 解决 的最 大 难 题是 如 何 减 少机 时消 耗 。在总 耗机 时 中 占主导 的是 单元 机 时 消耗 。利 用高斯 积 分对单 元 机时 消耗进 行计 算 可 以最 大 限度地 减 少 计算 次 数 、计 算 机 运 算 时 间 和 数据 占用 空 间 。但 零能模 式 即沙漏 模 态会导 致计 算结 果严 重 失真 ，并且使 方 程求解 过 程十分 复 杂 ， 甚 至难 以求 出解 析 解 。ｊ。针 对 该 问题 ，应 采 用
第 ３８卷 第 １期
２０１６年 ２月
武 汉 理 工 大 学 学 报 （信 息 与 管 理 工 程 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＷＵＴ（ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＆ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ）
文 章 编 号 ：２０９５—３８５２（２０１６）０１一叭 １０—０５
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１６
人 为控 制 的方法 对沙 漏模 态进行 控 制 。 笔 者选 用 Ｌｓ—Ｄｙｎａ作 为模拟 仿 真的软 件 ，该
软件 可 以解 决 结 构 分 析 与 非 线 性 动 力 分 析 的 问 题 ，是 求解 非 线性 方 程 较 为 常用 的工 具 。但 是 其 前处 理 功 能 尚 不 完 善 ，为 此 利 用 ＣＡＴＩＡ、Ｈｙ． ｐｅｒＭｅｓｈ来 辅助 Ｌｓ—Ｄｙｎａ进 行 建 模 求 解 。首 先 ， 通过 ＣＡＴＩＡ建 立 基 于保 险杠 的 几何 模 型 ；其 次 ， 将几 何模 型导 入 ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ中进一 步建 立有 限元 模 型 ；再 次 ，利 用 Ｌｓ—Ｄｙｎａ对 所 建 立 的 有 限 元模 型进行 分析 求 解 ；最 后 ，求 解 结 束 后 再 利 用 Ｌｓ— Ｄｙｎａ对 其 进 行 数 值 仿 真 分 析 。仿 真 流 程 如 图 １ 所 示 。
文献 标 志码 ：Ａ
汽 车保 险杠 结构 参 数 变 化 对 汽 车碰 撞 特性 影 响
乔 维高 ，左 义顺 ，涂进进 ，李 园
（武 汉 理工 大 学 汽 车 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４３００７０）
摘 要 ：随着现代交通 的不断发展 ，交通 事故率 居高不 下 ，而在各种 交通事故 中汽 车碰撞事 故发 生率最