缓冲装置瞬态撞击分析
基于磁流变缓冲吸能装置的汽车碰撞仿真分析
ISSN 1674-8484 CN 11-5904/U汽车安全与节能学报, 第11卷第4期, 2020年J Automotive Safety and Energy, Vol. 11 No. 4, 20208/16487—492基于磁流变缓冲吸能装置的汽车碰撞仿真分析屈 贤1，林繁国2，张金龙3(1.重庆工程职业技术学院智能制造与交通学院，重庆 402260，中国；2.河北艾福亿维动力总成有限公司，河北050000，中国；3.机械传动国家重点实验室，重庆大学汽车工程学院，重庆 402260，中国)摘要：为解决汽车保险杠吸能效率低、自适应差等问题，针对磁流变液响应快、易于控制等特点，提出了一种磁流变(MR)缓冲器结构。
考虑碰撞过程中磁流变缓冲器内部压差影响，构建了磁流变缓冲器动力学模型；基于该动力学模型，建立了含磁流变缓冲装置的整车有限元模型，运用LS-DYNA进行碰撞吸能仿真试验。
结果显示：相对传统吸能式保险杠，装有磁流变缓冲吸能装置的整车变形量减少36%；碰撞力峰值左右侧B柱加速度峰值明显减小；前围板最大侵入值减少47.3 mm。
这表明磁流变缓冲装置可有效降低汽车碰撞对人员的伤害，提高汽车被动安全性。
关键词：被动安全；汽车碰撞；磁流变(MR)液；磁流变缓冲装置中图分类号： TH 122 文献标识码： A DOI： 10.3969/j.issn.1674-8484.2020.04.008 Simulation analysis of vehicle collision based onmagnetorheological buffer energy absorption deviceQU Xian1, LIN Fanguo2, ZHANG Jinlong3(1. Chongqing Vocational Institute of Engineering, College of Intelligent Manufacturing and Transportation, Chongqing402260, China；2. Hebei Aifu Yiwei Powertrain Co. LTD, Hebei 050000, China；3. The State Key Laboratory ofMechanical Transmission, Chongqing University , School of Automotive Engineering, Chongqing 400044, China) Abstract: A magnetorheological (MR) absorber was proposed based on the MR fluid, which has advantagesof fast response and can be easily controlled to address some problems existing in bumpers, such as low energy absorption efficiency and poor adaptive performance. Considering the influence of the pressure differenceinside the MR absorber during the collision, a dynamical model was built, followed by the establishment of thewhole vehicle finite element model containing the MR absorber. A crash simulation experiment was carried out adopting LS-DYNA. The results show that the deformation of vehicles with the MR absorber can be reducedby 36% compared with that of conventional bumpers. Meanwhile, the peak acceleration of both sides of the B column as well as the peak impact force present a significantly decreasing tendency. The maximum intrusionof the dash board decreases by 47.3 mm. As a whole, the MR absorber is proved to be effective in reducing damage to members during the crash, thus further improving the passive safety of automobiles.Key words: passive safety; vehicle crash; magnetorheological (MR) fluid; MR absorber收稿日期 / Received ： 2020-08-24。
矿车缓冲碰头检验报告
矿车缓冲碰头检验报告近期，我们进行了一项关于矿车缓冲碰头的检验工作。
本文将详细介绍检验的目的、方法、结果以及相关的分析和结论。
1. 检验目的矿车缓冲碰头是矿山运输中常见的操作，其主要目的是测试矿车缓冲装置的性能和可靠性。
通过这项检验，我们可以评估矿车缓冲装置是否符合安全标准，以及在碰撞时是否能够有效减少冲击力，保护人员和设备的安全。
2. 检验方法为了进行矿车缓冲碰头的检验，我们采用了以下步骤：（1）准备工作：确保矿车缓冲装置处于正常工作状态，并进行必要的维护和保养。
（2）实验设定：根据标准要求，设置合适的碰撞速度和角度，并确保实验环境符合安全要求。
（3）数据采集：使用高精度传感器记录碰撞过程中的加速度、速度和位移等数据。
（4）数据分析：通过对采集到的数据进行分析，评估矿车缓冲装置的性能和可靠性。
（5）结果记录：将检验结果进行详细记录，包括碰撞前后的数据对比和分析。
3. 检验结果经过仔细的检验和数据分析，我们得出了以下结论：（1）矿车缓冲装置在碰撞时能够有效减少冲击力，保护人员和设备的安全。
（2）矿车缓冲装置的性能和可靠性符合安全标准要求。
（3）在不同碰撞速度和角度下，矿车缓冲装置的性能表现稳定。
4. 结论和建议根据检验结果，我们可以得出以下结论和建议：（1）矿车缓冲装置在矿山运输中起到了重要的保护作用，能够有效减少碰撞冲击力，降低事故风险。
（2）为了保持矿车缓冲装置的良好性能，需要定期进行维护和保养，并及时更换损坏的部件。
（3）在进行矿车缓冲碰头操作时，操作人员应严格按照操作规程进行，确保操作安全。
本次矿车缓冲碰头检验工作得出了积极的结果，证明了矿车缓冲装置的性能和可靠性。
这将为矿山运输提供更高的安全保障，减少事故风险。
我们将继续关注矿车缓冲装置的性能，并持续改进和优化，以确保矿山运输的安全和高效运行。
叶片受不同软体外物撞击的瞬态响应分析
叶片受不同软体外物撞击的瞬态响应分析
尹冬梅;徐亚栋
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2011(34)3
【摘要】发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物撞击损伤存在着差别。
采用弹性应力波的传播和基本流体动力学的原理分析超弹性软体和塑性软体外物撞击叶片时的撞击载荷模型。
通过在LS-DYNA中就超弹性软体(以橡胶为例)和塑性软体(以明胶为例)外物对叶片的撞击过程进行数值仿真分析。
结果表明:在相同的初始撞击能量、相同的撞击速度及相同的撞击入射角度下,橡胶撞击叶片时的撞击接
触力幅值较大,但持续时间较明胶撞击时的要短,叶片中的等效应力水平比明胶撞击
时的高,故更容易使叶片产生损伤;随着初始撞击速度的增加,橡胶发生碎裂,某些撞击特性与明胶的趋于相近。
【总页数】5页(P33-37)
【关键词】叶片;数值分析;外物损伤;软体;接触-撞击
【作者】尹冬梅;徐亚栋
【作者单位】南京理工大学瞬态物理国家重点实验室;南京理工大学机械工程学院【正文语种】中文
【中图分类】V232.4
【相关文献】
1.不同应变率下叶片的瞬态响应分析 [J], 陈伟;温卫东
2.叶片受软体和硬体外物撞击的损伤分析 [J], 尹冬梅;钱林方
3.转子叶片撞击瞬态响应分析 [J], 李克安;林左鸣;杨胜群
4.硬体外物撞击叶片的瞬态非线性数值模拟与分析 [J], 牛宏伟;文敏
5.风扇叶片外物撞击瞬间转子振动响应分析 [J], 张强波; 雷晓波
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撞击动态模拟与分析技术研究
撞击动态模拟与分析技术研究引言：撞击动态模拟与分析技术是一个广泛应用于多个领域的研究领域。
随着科技的不断进步，人们对于物体在撞击过程中的变形、应力分布、能量传递等方面的研究需求也日益增长。
因此，撞击动态模拟与分析技术的研究一直备受关注。
本文将重点讨论撞击动态模拟与分析技术的基本原理、应用领域以及进一步的发展前景。
撞击动态模拟与分析技术的基本原理：撞击动态模拟与分析技术是通过数值计算手段，将撞击过程中所涉及到的物理现象转化为数学模型，并利用计算机进行模拟与分析。
其基本原理包括三个方面：材料本构关系模型、几何与边界条件的建立、以及求解算法的选择。
首先，材料本构关系模型是撞击动态模拟与分析技术最基础的一步。
通过对材料力学性能的实验与数学建模，可以得到材料在不同应力、应变下的本构关系模型。
这些模型可以用来计算和预测撞击过程中材料的变形、应力分布等信息。
其次，几何与边界条件的建立是撞击动态模拟与分析技术的关键步骤。
它涉及到对撞击物体的几何形状、撞击速度、初始条件等进行准确的描述和建立模型。
同时，适当选择合适的边界条件也是确保模拟结果准确性的重要一环。
最后，求解算法的选择对于模拟与分析结果的准确性和计算效率至关重要。
传统的求解算法如有限元法、拉格朗日法等已经被广泛应用于撞击动态模拟与分析中。
此外，基于网格划分的方法、粒子法、连续介质动力学等新兴的求解算法也在不断发展，以满足不同领域对于精度和计算效率的需求。
撞击动态模拟与分析技术的应用领域：撞击动态模拟与分析技术广泛应用于多个领域，尤其是工程、交通、军事等领域。
下面将重点介绍其在几个典型领域的应用。
首先，在交通领域中，撞击动态模拟与分析技术可以用于汽车碰撞测试与评估。
通过建立准确的数值模型，可以模拟各种碰撞情况下车身的变形、构件的损坏情况等。
这有助于提高汽车设计的安全性和碰撞事故后的车辆修复。
其次，在航空航天领域，撞击动态模拟与分析技术可以用于飞行器着陆过程中的结构强度分析。
电磁式汽车碰撞缓冲装置的设计与分析
中 图分 类 号： Ｔ Ｈ１ ２ ２ ； Ｕ ４ ６ ３ ． ６ ５ ＋ ５
文献标识码： Ｂ
文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ — ０ ０ ４ ５ — ０ ３
的破坏 和车 上人 员 的伤害 。
１ ． ３ 电磁 缓 冲 器 伸 缩 控 制 原 理
１ 电磁 汽 车 碰 撞 缓 冲装 置 的 组 成 与 工 作 原 理
１ ． １ 电磁 缓 冲 器 的 组 成
电磁 缓 冲 器 由碰 撞 移 动 、 固定 阻 挡 、 电 路 控 制 ３个
部 分构 成 （ 见图 １ ） 。
③ 电路 控 制 部 分 。 由行 程 开 关 、 按 键 开 关 Ｋ： 、 双 刀
双 掷 开 关 Ｋ 、 直 流 电源 、 导 线 组 成 。主 要 用 来 控 制 螺 旋 线 圈 电路 的 通 、 断 和 电流 方 向。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３年 ４月
① 保 险杠 回缩 。假设 汽 车行 驶 中 ， 缓 冲 器 处 于 图
橡 胶 材料 的缓 冲器 存 在 橡 胶 材 料容 易 产 生 疲 劳破 坏 ， 出 现永 久变 形 和老化 等 问题 。
电磁式 汽 车碰撞 缓 冲装 置 （ 以下 简称 缓 冲器 ） 是 依
据 能量 守恒 、 电磁感 应理 论 ， 利用 两磁 体 “ 同性 相 斥 ， 异
性 相 吸 ” 特 性 进 行 综 合 设 计 的 用 于 汽 车 碰 撞 保 护 的 安 全装 置 。 此 种 装置 克服 了以上各 类 缓 冲器 的缺 点 ， 有 效 地提 供 了汽 车碰 撞 时吸 能缓 冲保 护 。
聚氨酯缓冲材料瞬态响应特性研究
聚氨酯缓冲材料瞬态响应特性研究
李浩镕;毕世华;熊文靖
【期刊名称】《兵器装备工程学报》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】为研究聚氨酯材料在动态载荷作用下的瞬态响应特性,开展了聚氨酯样件压缩实验,并利用实验数据分析校验了聚氨酯样件材料的Mooney-Rivlin应变能函数、Prony级数本构模型参数;然后采用有限元方法对聚氨酯缓冲材料的动态力学性能进行计算分析。
研究结果表明:聚氨酯材料具有与超弹性相关的非线性出力特性和与粘弹性相关的迟滞效应,在不同速度的加载条件下,聚氨酯材料的力-位移响应曲线存在显著差异;在低速加载条件下,率相关的粘弹特性对曲线影响较小;提高加载速度,聚氨酯瞬时应变增大,率相关的粘弹特性对聚氨酯的响应影响更显著,使得响应曲线的斜率显著增加;在局部加载条件下,载荷与剪切力耦合作用,聚氨酯在压缩方向提供的支反力大小与受载区域的作用面积相关,面积越大,聚氨酯材料可提供的支反力就越大。
【总页数】8页(P235-242)
【作者】李浩镕;毕世华;熊文靖
【作者单位】北京理工大学宇航学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB322
【相关文献】
1.麻秆芯缓冲包装材料静态缓冲特性和蠕变性能研究
2.腿式着陆器缓冲材料缓冲特性及其表征方法研究
3.包装材料缓冲特性曲线研究及其在缓冲设计中的应用
4.聚氨酯缓冲材料的出力特性研究与聚氨酯缓冲器设计
5.保护法瞬态辐射热流计原理及瞬态响应特性
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瞬态动力学分析
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
ANSYS中使用隐式方法Newmark和 HHT来求解瞬态问题。Newmark方法使用
有限差分法，在一个时间间隔内有
u n 1 u n ( 1 ) u n u n 1 t
（2）
u n 1 u n u n t (1 2 ) u n u n 1 t2
C a 1 u n a 4 u n a 5 u n
一旦求出 u n，1 速度和加速度可以利用（5）和（6）求得。对于初始
施加于节点的速度或加速度可以利用位移约束并利用（3）计算得到
根据Zienkiewicz的理论，利用（2）和（3）式得到的Newmark求解方法的无 条件稳定必须满足：
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
我们期望在高频模型中使用可控的数值阻尼计算方法，因为使用有限元计算 离散空间域的结果，在高频率的模式不太准确。然而，这种算法必须具备以 下特征：在高频下引进数值阻尼不应该降低求解精度，在低频下不能产生过 多的数值阻尼。在完全瞬态分析中，HHT时间积分方法可以满足以上的要求 ： 基本的HHT的方法由下式给出：
（14）
i 1
i 1
i 1
在（14）式中左乘一个典型的模态振型i T
i T M n i y i i T C n i y i i T K n i y i i T F a （15）
i 1
自然模态的正交条件：
i 1
i 1
jTKi0 i j
（16）
jTMi0 i j
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
1 2
1 2
1 2
m
f
（11）
m
f
1 2
瞬态动力学分析
（4）
把（2）和（3）式，带入到（4） n1 a0 (un1 un ) a2 u n a3 u n u
（5） （6）
n1 u n a6 u n a7 u n1 u
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
3、积分时间步长选取准则
--ITS=两个时刻点间的时间增量t ；
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
积分时间步长（亦称为ITS或t ）是时间积分法中的一个重要概念
--积分时间步长决定求解的精确度，因而其数值应仔细选取。 --对于缩减矩阵法与模态叠加法瞬态分析ANSYS 只允许ITS常值.
（ 9）
其中：
程序默认使用的算法是HHT算法，因此如果需要修改时间积分算 法，则需要插入以下命令流流 TRNOPT,,,,,,NMK；
2、瞬态动力学理论
2.1 完全法求解理论
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
我们期望在高频模型中使用可控的数值阻尼计算方法，因为使用有限元计算 离散空间域的结果，在高频率的模式不太准确。然而，这种算法必须具备以 下特征：在高频下引进数值阻尼不应该降低求解精度，在低频下不能产生过 多的数值阻尼。在完全瞬态分析中，HHT时间积分方法可以满足以上的要求 ： 基本的HHT的方法由下式给出：
瞬态动力分ng Manual
Advanced Contact & Fasteners
承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓冲器、建筑框 架以及悬挂系统等； 承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置以
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第15卷增刊计算机辅助工程 V ol. 15 Supp1.
年月
20069COMPUTER AIDED ENGINEERING Sep. 2006 文章编号：1006-0871(2006)S1-0009-03
缓冲装置瞬态撞击分析
白鹏英，王惠军，任博
(北京机械设备研究所，北京 100854)
摘 要：应用非线性有限元分析的理论，通过MSC Dytran软件，对某航天器弹射装置中的
缓冲装置进行仿真分析，得到缓冲装置的瞬态冲击下各物理量的分布曲线，初步验证模型的
可行性，为今后模型进一步的优化和实验验证提供参考基础.
关键词：瞬态冲击；缓冲装置；MSC Dytran；非线性有限元
中图分类号：V445.21; TP391.9文献标志码：A
Bumper Device Transient Impact Analysis
BAI Pengying, WANG Huijun, REN Bo
(Beijing Mechanical Equipment Research Institute, Beijing 100854, China) Abstract: Applying the theory of non-linear finite element and transient dynamic analysis, the taper bumper device of certain aircraft ejecting device is simulated by MSC Dytran. The interrelated measures are provided within the transient impact. The analysis verifies the feasibility of the bumper and provides the basic for further test and optimization in the future.
Key words: transient impact; bumper device; MSC Dytran; non-linear finite element
0 引言
某航天器发射过程如下：将此航天器放置在一个托架上，托架与一活塞机构相连，通过使用燃气压力或其他外力提拉活塞的方式，带动托架上的航天器一起向上运动，直至航天器飞离出筒. 另外需要给整个活塞装置加止动机构，而且要求所加的止动装置能在整个冲击过程中使冲击力尽量平稳，不能有太大的峰值，同时阻尼系数应该足够大.
综合考虑上述因素，提出下述方案：在运动的活塞和受冲击的发射装置之间加装一个金属薄壁圆壳，当高速活塞撞上金属薄壳后，薄壳在瞬态冲击下发生大变形，利用其塑性变形来吸收冲击能量，从而达到缓冲的效果.
本文采用瞬态动力学分析方法进行有限元仿真，以此作为设计工作的辅助手段，采用
的软件为MSC Dytran有限元分析软件，前后处理使用MSC Patran. 1 有限元模型的建立
缓冲套模型采用锥形薄壁圆筒. 相比等截面圆柱结构，采用椎形结构能基本保持结构的纵向对称变形. 由于其纵向刚度要小于等壁厚管，其初始撞击力峰值也要相对小一些，吸能结构的力学特性更加合理.
1.1 仿真模型的建立
在实际模型中，缓冲薄壳套在活塞杆上，活塞杆带着托盘高速撞击到缓冲薄壳上，缓冲薄壳在瞬间发生大变形，但由于薄壳内部有活塞杆，所以只能向外变形. 为了模拟实际工况，需要另外建立一个活塞杆刚体模型，内置在缓冲薄壳里面.
初步选定缓冲薄壳仿真模型长度在250 mm左右，从受冲击端到固定端，厚度从0.5 mm到1.5 mm 均匀变化. 采用QUAD 4四边形4节点板壳单元.
所选材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，选用MSC
计算机辅助工程年10 2006 Dytran 中的DYMAT24弹塑性材料本构方程. 考虑到材料的塑性强化，使用双线性屈服强化模型 Cowper-Symonds 应变率模型，失效模式选择最大塑性应变.[2] 其有限元模型如图1和图2所示
.
图 1 内置活塞刚体有限元模型
图 2 缓冲金属薄壳有限元模型
1.2 模型边界条件及计算控制
给活塞刚体赋予和实际工况相同的质量和初速度来模拟实际工况中运动的活塞杆以及托盘部分对缓冲金属薄壳的冲击动能，缓冲金属薄壳一端固定用来模拟实际工况中缓冲部分一端固结弹射缸的情况，另一端将和运动活塞刚体产生碰撞冲击. 由于实际工况中，缓冲金属薄壳将要产生褶皱变形，但其变形只能向外，不能穿透内置的活塞杆，同时，在产生变形的过程中，其自身也不会发生穿透. 因此，需要定义活塞杆和金属薄壳之间的主从接触（Master-Slave Contact ）关系，其中活塞刚体定义为主体，缓冲薄壳定义为从体，同时还需要定义缓冲金属薄壳内外壁的自接触（Self-Contact ）.
在本文所述的分析中，最小时间步长由Courant-Friedrichs-Lewy 条件可以得到.
2 计算结果图
计算结果见图3至
5.
图 3 金属缓冲薄壳受冲击端某点速度
图 4 金属缓冲薄壳固定端某点应力
图 5 活塞刚体加速度
3 分析与结论
仿真结果表明，缓冲圆壳在承受冲击作用时，其屈曲失效总是先从壁厚较小的一端开始，并逐渐
向壁厚较大的一端扩散，并且由于其不能向里变形，因此失效的形式均是沿缓冲器圆筒径向外翻，形式如图6. 由图7看出，缓冲金属薄壳在动载荷冲击下，位移曲线平缓下降至160 mm 处后停止运动，即意味着缓冲完成
.
图 6 某时刻金属薄壳的变形
图 7 金属缓冲薄壳受冲击端某点位移图
由图3可以看出，缓冲薄壳受冲击端的速度，在初始阶段由于应力波的原因，其缓冲速度有小幅的振荡，之后速度曲线较平滑地向上，直至减小到零，之后稍有反弹，整个缓冲过程结束，活塞原有的动能转变为缓冲套的变形能. 另外，从图6中看出，在整个缓冲过程中，在缓冲薄壳固定端，应力
一直在剧烈的振荡（也是由于应力波的传输造成的），最大应力出现在撞击初始段和结束段，中间部
增刊白鹏英，等：缓冲装置瞬态撞击分析11
分应力小于两极，但相差不是很大，没有出现很大的初始应力，整个应力曲线趋势比较理想. 在实际设计中，工程人员最关心的是缓冲器对弹射装置的冲击力，尤其是最大冲击力，而由于壳单元没有很好的反映扭转应力，所以用应力曲线来计算冲击力会有一定的误差. 因此，可以用加速度和运动部分质量来计算活塞所受的冲击力，如图7所示为刚体的加速度曲线.
分析结果表明，在缓冲过程当中，没有出现很大的初始应力，整个冲击过程相对较平稳，在运动部分得到缓冲的同时，对整个发射装置的冲击也在设计范围内.
参考文献：
[1] MSC Dytran User’s Guide, Version 2005 [Z].
[2] MSC Dytran Theory Manual, Version 2005 [Z].
（编辑 袁林新）。