汽车简易保险杠碰撞特性分析
基于汽车轻量化技术的保险杠低速碰撞分析
基于汽车轻量化技术的保险杠低速碰撞分析刘伟，钞永兴, 杨健（北京汽车研究总院，北京100021）摘要：安全与轻量化已成为汽车产业发展的重要趋势。
然而，在提高车辆安全性能的同时往往会导致车身重量的增加。
如何同时满足车辆安全性能和轻量化两项重要指标已成为车身设计开发迫切需要解决的课题。
针对传统高强度钢和先进GMT（玻璃纤维增强热塑性复合材料）材料制成后保险杠横梁，本文依据GB17354-1998法规，建立了保险杠低速碰碰分析的有限元模型。
通过车辆的变形模式、碰撞器侵入量以及关键部件的最大应变等的对比分析表明与传统高强度钢相比，先进GMT复合材料制成的后保险杠不仅可以达到与前者相当的低速碰撞安全性能，且质量轻了50%以上，从而实现了车辆轻量化的目的。
关键词：轻量化；低速碰撞；保险杠；GMT1. 引言为了满足安全、排放、舒适性、可靠性、智能化等要求，车内各种配置不断增加，使得车辆的自重不断增加，对轻量化技术的发展提出了要求。
世界铝业协会的报告指出，汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%-8%。
油耗的降低，意味着汽车的排放量的降低。
可见，汽车轻量化是实现车辆节能减排的一项重要手段。
汽车轻量化技术包括汽车结构合理设计和轻量化材料的使用两方面：（1）车身结构轻量化技术。
改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化和复合化，对内饰、发动机和底盘等汽车零部件进行结构和工艺改进等。
（2）车身材料轻量化技术。
采用轻量化的金属和非金属材料，主要是指铝合金、镁合金、高强度钢材、工程塑料及纤维增强复合材料等。
国内现有碰撞安全法规主要分为高速碰撞和低速碰撞两类。
低速碰撞法规主要要求车辆的前后端保护装置在车辆发生低速碰撞时能够有效保护不便于维修或维修成本较高的部件，从而达到降低车辆维修成本的目的。
本文在某项目车的基础上，后保险杠横梁分别采用传统高强度钢和GMT两种材料，采用有限元分析法，对比其低速碰撞性能。
2. 法规要求和评价指标国内的低速碰撞法规为《GB17354-1998汽车前、后端保护装置》，它的相关要求简介如下：2.1. 与低速碰撞相关的术语定义车角：车辆与车辆纵向对称面呈60°角的铅垂面的切点。
汽车保险杠结构动态特性模拟分析的开题报告
汽车保险杠结构动态特性模拟分析的开题报告一、研究背景随着汽车保有量的不断增加，交通事故也在不断增多，汽车保险杠作为汽车保护系统的重要组成部分，具有重要的安全保护作用。
汽车保险杠的受力情况直接影响其保护效果，因此研究汽车保险杠结构动态特性，分析其受力分布和变形情况，具有重要的意义。
二、研究内容本研究旨在通过建立汽车保险杠动态模型，分析保险杠在不同碰撞情况下的受力分布和变形情况。
具体研究内容包括以下方面：1.建立汽车保险杠动态模型。
2.分析保险杠在低速碰撞下的受力分布和变形情况。
3.分析保险杠在高速碰撞下的受力分布和变形情况。
4.探讨保险杠结构优化设计的方法。
三、研究方法1.建立汽车保险杠动态模型：采用有限元分析方法建立汽车保险杠的动态模型，构建保险杠在不同碰撞情况下的力学分析模型。
2.分析保险杠在低速碰撞下的受力分布和变形情况：结合实验数据和数值模拟，分析保险杠在低速碰撞下的受力分布和变形情况。
3.分析保险杠在高速碰撞下的受力分布和变形情况：结合实验数据和数值模拟，分析保险杠在高速碰撞下的受力分布和变形情况。
4.探讨保险杠结构优化设计的方法：基于分析结果，提出保险杠结构优化设计的方法，探讨如何提高汽车保护系统的保护效果。
四、研究意义1.提高汽车保护系统的保护效果，降低交通事故的损失。
2.为汽车保险杠的结构设计提供参考依据。
3.推动汽车安全技术的不断发展和进步。
五、研究计划第一年1.收集保险杠相关实验数据和文献资料。
2.建立保险杠动态模型和力学分析模型。
第二年1.进行低速碰撞的模拟分析。
2.分析低速碰撞下保险杠的受力分布和变形情况。
第三年1.进行高速碰撞的模拟分析。
2.分析高速碰撞下保险杠的受力分布和变形情况。
第四年1.基于分析结果，提出保险杠结构优化设计的方法。
2.进行优化设计实验研究。
六、预期成果1.建立汽车保险杠动态模型。
2.分析保险杠在低速碰撞和高速碰撞下的受力分布和变形情况。
3.提出保险杠结构优化设计的方法，并通过实验验证。
浅析汽车保险杠系统碰撞性能研究
浅析汽车保险杠系统碰撞性能研究摘要：在交通事故中，汽车前、后方碰撞概率最高。
保险杠系统是汽车正面碰撞中主要的承受冲击和吸能零部件。
因此，本文在分析保险杠系统结构、国内外研究现况的基础上，提出了保险杠系统碰撞性能研究的有效方法，对于提高汽车碰撞安全性有着非常重要的现实意义。
关键词：汽车；保险杠系统；碰撞性能1 保险杠系统结构分析汽车前、后端保护装置，俗称保险杠系统，指安装在汽车前部和后部的零件，通常由吸能材料制成，比如钢材、铝材、塑料和泡沫等。
发生碰撞时，大多数情况下都有保险杠的参与。
作为一种保护装置，其设计要求是：在接触和轻度碰撞过程中，不会对车辆造成严重损伤，并保护车身、发动机、排气系统和冷却系统，以及与安全相关的灯光等不受损伤。
以前保险杠系统为例，其结构分解如图1。
汽车前端保险杠系统主要包括保险杠壳体、保险杠支架、吸能块、保险杠加强横梁、前围与纵梁连接模块。
其中，塑料保险杠壳体、吸能块和保险杠加强横梁都可作为缓冲吸能部件。
汽车的前后部分为碰撞吸能区，壳体部分采用强度比较低的塑料材料制造，在发生碰撞时可以变形，吸收一部分的碰撞能量，不仅防止车辆本身被撞坏，还能防止车辆把行人撞伤。
在壳体内部与车身结构衔接中间增加吸能区，通过吸能块吸收了大部分的碰撞能量，吸能块的主要功能是支撑、防撞和吸能。
保险杠系统里面承担冲击的主要部件是保险杠加强横梁。
加强横梁材质通常选择铝合金或钢材，通过冲压或辊压工艺加工成U型槽，用螺栓固定在车身纵梁上。
为了方便售后维修，防撞梁一般可以单独拆下来。
1.保险杠壳体2.保险杠支架3.吸能块4.保险杠加强横梁5.前围与纵梁连接模块图1 前保险杠系统的结构示意图2 国内外研究现况2.1 国内现状GB 17354-1998是参照欧盟ECE R42法规制定的汽车前、后端保护装置评价标准，与ECE R42法规要求基本相同。
法规是对汽车产品的最低要求，而日益盛行的一些评价规程，如NCAP（新车评价程序）则对汽车安全性能提出了更高的要求。
基于ABAQUS的轿车前保险杠100%正面碰撞仿真分析
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Hale Waihona Puke 2.有限元分析模型的建立2.1导入模型有限元单元文件 此处导入的是包含模型网格单元信息的inp文件.
2.有限元分析模型的建立
2.2 定义分析模型的材料和属性 散热器支架 、纵梁、缓冲梁、固定架、加强支架定义金属材料属性 缓冲器罩定义塑料材料属性 缓冲泡沫定义泡沫材料属性
3.施加边界条件与接触算法
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基于ABAQUS的轿车前保险杠 100%正面碰撞仿真分析
报告内容
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案例分析背景 有限元分析模型的建立 施加边界条件与接触算法 查看碰撞仿真分析结果 案例分析意义
1.案例分析背景
汽车前保险杠位于汽车最前部，是前部或追尾 碰撞事故中首先接触的部件，在减小碰撞事故中对 行人的伤害，降低低速碰撞事故对车辆的损坏方面 起着重要作用。保险杠横梁的主要作用是将碰撞中 产生的能量均匀地传递给吸能盒，同时防止内侵量 过大造成发动机前部件的损坏，对于提高车辆的被 动安全性实现保险杠的轻量化设计具有重要意义。 此次研究是基于有限元分析软件Abaqus，对汽车保 险杠的碰撞过程吸能特性进行了仿真分析。.
1、对墙壁施加固定约束 2、对车体x方向定义30km/h的初始速度
3、各部件之间定义通用（自动）接触算法，接触面之间的表面摩擦系数假 设为0.1
4.查看碰撞仿真分析结果
4.1保险杠碰撞变形过程 从图中可以看出在15ms之前横梁发生轻微变形，30ms之后横梁变形加 大。碰撞过程中横梁吸收主要动能。
4.求解并查看碰撞仿真分析结果
4.2保险杠碰撞变形法向接触力云图
4.求解并查看碰撞仿真分析结果
浅析汽车保险杠系统碰撞性能研究
车辆工程技术9车辆技术1 国内研究现状 在参照欧盟ECER42的法规制定标准的前提下，根据对汽车前后的保护装置评价标准制定了GB17354-1998，该规定中的内容与欧盟所提出的ECER42规定要求基本相同。
例如在规定的新车评价程序中，对生产汽车的安全性能提出了更高的要求。
此法规与汽车碰撞安全法规不同的是，NCAP是由政府、保险公司以及消费者组织等相关人员或机构共同探讨并制定的，因此，它提出的评价标准以及测试条件往往比法规所提出的规定更加严格。
为了促进我国汽车行业制造的产品安全技术的水平能够更好更快发展，实现成功降低道路交通安全产生事故的伤亡率，并达成形成汽车和谐社会的目标，我国汽车技术研究中心于2006年推行了中国新车评价规程（C-NCAP）。
并在2018年版的C-NCAP管理规章中增加了在汽车生产过程中对行人保护试验以及相关的评价要求，各大汽车工程厂商在新型汽车的开发过程中，将对汽车保险杠结构设计方面投入更多的精力，已经着手在生产过程中增加了行人保护下横梁，这将在行人与汽车发生碰撞时，该项设计可以适当改变人体的运动轨迹，以达到防止人腿部卷入车底的目的。
2 碰撞性能研究方法2.1 碰撞试验分析 在进行试验的过程中，碰撞试验可以分为两种形式：实车碰撞试验和模拟碰撞试验（台车试验）。
其中，实车碰撞试验是指用生产出来的整车按照规定中的相关制度以及规范进行的相关碰撞试验，通过这种试验方式，能够确切检查新开发的车辆是否满足车辆出厂销售的基本要求以及相关制度法规规定的要求。
在进行该项试验时，涉及到的汽车零部件较多，制造样车会发生较高的成本消耗，并且此类试验属于破坏性试验，在进行试验以及试验过后收尾工作中的花费都较高。
除此之外，还需要根据事故可能发生的多样性来进行多种场景的设定，因为在事故发生过程中总会受到多重因素的影响，故进行试验的条件不能完全相同。
尽管这种方法相对耗时耗力，也会消耗相对较多的成本，但实车碰撞的试验方法是最接近真是事故的场景，这也是针对驾驶员及乘车人在事故发生时的状态以及对车辆安全性能的考量最为直接并且有效的方法。
汽车保险杠系统抗撞性研究的开题报告
汽车保险杠系统抗撞性研究的开题报告一、研究背景及意义汽车保险杠是汽车外部的一部分，安装在车辆前后部位，主要起到保护车辆、缓冲碰撞、减轻车辆损伤、保障乘客安全等作用。
随着汽车行业的不断发展和技术的不断改进，汽车保险杠的材料及结构也在不断更新换代。
然而，在日常行驶中，汽车保险杠经常会受到各种碰撞的冲击，其抗撞性能作为评价汽车安全性的重要指标之一。
因此，本研究旨在探究汽车保险杠系统的抗撞性能，为汽车制造业提供参考和支持。
二、研究目标1.分析不同材料及结构对汽车保险杠系统抗撞性的影响。
2.评估不同速度、角度和方向的碰撞对汽车保险杠系统的影响。
3.探讨汽车保险杠系统抗撞性的提升途径及措施。
三、研究方法1.文献资料法：收集相关文献，查阅汽车保险杠系统的抗撞性能研究现状及发展趋势。
2.实验研究法：在实验室条件下，采用碰撞实验仪器，对不同材料及结构的汽车保险杠系统进行碰撞试验，测量其碰撞响应及损伤状态，记录测试数据。
3.数值模拟法：采用有限元分析方法对汽车保险杠系统进行仿真分析，探究不同碰撞条件下的变形及应力分布情况，辅助实验数据进行分析和比对，为提升汽车保险杠系统抗撞性提供理论支持。
四、研究内容1.汽车保险杠系统抗撞性能研究现状及发展趋势2.碰撞实验设计及数据测量与处理3.有限元分析模型建立及仿真分析4.汽车保险杠系统抗撞性提升方案研究五、研究进度安排第一年：1.文献资料收集及分析2.碰撞试验实验室建设，设计碰撞实验方案，进行碰撞试验数据测量及初步分析。
第二年：1.建立汽车保险杠系统有限元分析模型。
2.进行有限元仿真分析，对碰撞试验结果进行分析，比对实验数据与仿真结果。
第三年：1.根据实验及仿真结果提出汽车保险杠系统的抗撞性提升方案。
2.对方案进行评估，提出具体的改进措施。
完成论文写作。
六、预期研究成果1.深入了解汽车保险杠系统的抗撞性能现状及发展趋势，明确本领域的研究方向。
2.通过实验研究与有限元模拟分析，了解不同材料及结构的汽车保险杠系统在不同碰撞条件下的抗撞性能。
金属-复合材料汽车保险杠的碰撞分析及优化
金属-复合材料汽车保险杠的碰撞分析及优化摘要：本文针对金属-复合材料汽车保险杠的碰撞性能进行了研究。
首先，对材料的强度特性进行了分析。
然后，采用ANSYS有限元分析软件对汽车保险杠进行了数值模拟。
分析了在不同撞击速度和角度下，汽车保险杠的形变、应力和应变分布等。
最后，通过对汽车保险杠结构的优化设计，提高了其碰撞性能。
关键词：金属-复合材料、汽车保险杠、碰撞性能、有限元模拟、优化设计1. 引言汽车碰撞事故是造成人员死亡和财产损失的主要原因。
汽车保险杠是汽车的重要组成部分，其碰撞性能直接关系到行车安全和乘员的生命安全。
当前，大多数汽车保险杠采用金属材料制成，但由于金属材料本身具有一定的缺陷和缺点，如强度低、抗腐蚀性差等，影响到汽车保险杠的碰撞性能。
而复合材料具有轻质、高强度、抗腐蚀性好等优点，逐渐成为汽车保险杠材料的研究热点。
2. 材料强度特性分析本研究选择采用碳纤维增强复合材料和钢材组成的金属-复合材料作为汽车保险杠材料。
首先，通过拉伸试验和压缩试验获得了该材料的力学特性参数，如弹性模量、屈服强度、断裂伸长率等。
结果表明，该材料的强度和韧性优于单纯的金属材料和复合材料，符合汽车保险杠的力学要求。
3. 碰撞数值模拟采用ANSYS有限元分析软件对汽车保险杠进行了碰撞数值模拟。
模型采用了三维实体模型，根据实际的汽车保险杠结构进行建模。
设置了不同角度和速度的撞击条件，分析了汽车保险杠的形变、应力和应变分布等性能指标。
结果显示，在不同的碰撞角度和速度下，汽车保险杠产生了较大的位移和应变，但仍保持了较好的抗碰撞性能。
4. 优化设计通过对汽车保险杠结构的优化设计，进一步提高了其碰撞性能。
具体措施包括增加保险杠内部的加强筋、采用正交网格加强结构、增加碳纤维增强复合材料的比例等。
最终，再次进行了碰撞数值模拟，结果表明，优化设计后的汽车保险杠在碰撞时具有更好的抗碰撞性能。
5. 结论本研究通过对金属-复合材料汽车保险杠的碰撞性能进行研究，提出了优化设计方案，进一步提高了其碰撞性能。
论述汽车保险杠碰撞的有限元分析
论述汽车保险杠碰撞的有限元分析1 概述在科学技术日益发达的今天，人们的代步工具已发生了巨大的改变。
在我国，现如今汽车已经走进了千家万户。
汽车的安全性能就成为了大家非常关注的话题。
所以如何提高汽车在碰撞过程中的耐撞性和尽可能地减少乘客的伤亡将成为我国汽车安全性研究的重要话题。
国外对整车碰撞模拟的研究经过二十多年的发展，积累了大量的经验，也制定了相应的标准和规范。
而我国在整车的碰撞模拟研究才刚刚起步，相应的标准和规范也还没有建立起来，涉及到的一些技术问题也还没解决。
本文就是对简易保险杠进行碰撞模拟分析，从而来探讨了从结构设计方面提高汽车保险杠的耐撞性的有效途径。
2 用ANSYS软件画出保险杠的简易模型模型由两部分组成：一个是保险杠，一个是支架。
这两部分是通过焊接而相连的。
考虑到保险杠外形是曲面，在ANSYS中不易建立模型，所以简易成平面的，便于计算。
3 建立汽车保险杠的有限元模型由于保险杠是由薄壁板制成，所以整个模型选用薄壳单元（Shell63）进行网格划分。
网格划分后的模型如图2所示。
单元划分应尽量避免小单元，因为这样会大大减小时间步长，增加求解时间。
也应避免夹角单元和翘曲的壳，这将降低结果精度。
本保险杠材料采用了40Cr，弹性模量E=210GPa，泊松比为0.3。
4 进行模拟碰撞，施加载荷5 进行计算，并求出结果最大应力SEQV=0.14E+10Pa最小应力SEQV=0Pa最大位移USUM=0.002548m最小位移USUM=0m6 分析结论与设想6.1 通过以上的分析计算，可得如下结论（1）保险杠的尺寸越大，保险杠的变形就越大。
（2）保险杠的重量越轻，则保险杠的变形就越大。
（3）保险杠的支架强度必须要与保险杠匹配，有限元分析表明保险杠体产生一定的塑性变形的同时，保险杠支架也开始形成塑性区，合理地加强支架的强度有利于提高保险杠系统对碰撞能量的吸收。
大家都知道保险杠之所以能保护乘客的安全，就在于保险杠不仅耐撞，还在于在汽车发生撞击时，保险杠发生了变形，保险杠吸收了撞击时的大部分能量。
汽车保险杠造型对碰撞安全性能的影响研究
汽车保险杠造型对碰撞安全性能的影响研究身份证号码，摘要：本文旨在探讨汽车保险杠造型对碰撞安全性能的影响。
通过对不同造型的保险杠进行碰撞测试与数据分析，本文发现保险杠的造型设计不仅关乎车辆的外观美观，更对车辆的碰撞安全性能有着显著影响。
本文详细分析了保险杠造型与碰撞安全性能之间的内在联系，并提出了优化保险杠造型设计的建议，以期提高汽车的安全性能。
关键词：汽车保险杠；造型设计；碰撞安全性能引言：随着汽车工业的快速发展，消费者对汽车的安全性能要求日益提高。
保险杠作为汽车的重要组成部分，其造型设计对车辆的碰撞安全性能具有重要影响。
本文综述了当前汽车保险杠造型设计的现状，以及碰撞安全性能评估的相关研究，提出了研究汽车保险杠造型对碰撞安全性能影响的必要性。
一、汽车保险杠造型设计的现状（一）保险杠造型设计的多样性保险杠作为汽车前脸的重要组成部分，其造型设计直接影响着车辆的整体外观。
随着消费者审美需求的多样化，保险杠的造型设计也呈现出多元化的趋势。
不同的品牌、不同的车型，保险杠的造型设计各有特色，既体现了品牌的独特性，也满足了消费者的个性化需求。
一方面，保险杠的造型设计注重与车身线条的协调。
设计师们通过巧妙运用线条和曲面，使保险杠与车身融为一体，营造出流畅、动感的视觉效果。
这种设计不仅提升了车辆的整体美观度，也增强了车辆的运动感。
另一方面，保险杠的造型设计也融入了功能性元素。
例如，一些保险杠在设计中考虑了空气动力学原理，通过优化造型来减少风阻，提高车辆的燃油经济性。
同时，一些保险杠还配备了雾灯、日间行车灯等辅助照明设备，提高了车辆的行驶安全性。
此外，随着新材料和新技术的应用，保险杠的造型设计也变得更加丰富多样。
例如，采用碳纤维等轻质材料制作的保险杠，不仅具有优异的强度和韧性，还能有效减轻车辆重量，提高燃油效率。
同时，一些先进的成型技术和表面处理工艺，也为保险杠的造型设计提供了更多的可能性。
（二）造型设计与安全性能的平衡在追求保险杠造型美观的同时，设计师们还需充分考虑其对车辆安全性能的影响。
乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究
乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究汽车在拥挤路段容易发生低速碰撞和刮蹭,在事故中极易受到损伤的就是汽车前保险杠。
这对汽车保险杠的力学性能提出了较高要求。
国内外汽车生产厂商,特别是汽车外饰零配件厂商对保险杠的研发投入不断增加,国内外的专家学者对保险杠在碰撞过程中所表现出的耐冲击性也进行了不断地研究和探索。
因而,对乘用车的前保险杠在碰撞过程中表现出来的动力学特性以及吸能特性进行研究有着非常重要的意义。
本文对国内外汽车保险杠低速碰撞性能研究方法以及发展状况进行总结和分析,在此基础之上依据我国国家标准《GB17354-1998汽车前、后端保护装置》确定了仿真和试验分析方案,利用Hypermesh 软件对前保险杠的CAD模型进行抽取中面、几何清理并完成有限元网格的划分,然后导入Abaqus中完成模型装配,并对有限元模型完成截面属性的定义、连接关系的设置、接触关系和接触算法选取以及沙漏能控制的设置,依据仿真分析方案对有限元模型进行了边界条件的设置,建立了包括前保险杠总成、吸能泡沫、防撞梁、试验胎具、台车和摆锤在内的低速碰撞仿真模型。
分别以4km/h和2.5km/h 的撞击速度对前保险杠系统进行对中碰撞和车角碰撞的仿真分析。
根据仿真结果,对保险杠在低速碰撞条件下的碰撞变形、应力分布、碰撞接触力以及吸能特性等进行了详细的分析。
结果表明:计算得到的各项指标变化规律符合实际情况,验证了该模型的正确性。
根据试验方案完成了保险杠低速碰撞的台架试验,分别测量了对中碰撞和30°车角碰撞过程中摆锤与台车的加速度曲线,进而获得了它们的速度和碰撞接触力。
将试验结果与仿真结果进行对比,对试验与仿真结果之间出现的误差进行了分析。
结果表明,利用有限元方法对保险杠低速碰撞进行仿真分析可以较好的模拟台架试验。
其中对中碰撞试验的加速度、速度和碰撞接触力等信号的变化趋势和数值结果基本符合,但在车角碰撞试验中台车振动较大导致结果与仿真结果差别较大。
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３ 保险杠试验法规模拟
ＧＢ １７３５４－ １９９《８ 汽 车 前 、后 端 保 护 装 置》中 对 车 辆 保 险 杠 的碰撞性能提出了具体要求， 这里根据法规要求对保险杠的碰
撞安全性进行模拟。
３．１ 法规要求
汽车前后端保护装置中对车辆规定： 车辆应处于停止状态， 前轮应处在直行位置，制动器应松开， 变速器挂空档， 轮胎应按 制造商规定的气压充气车辆的碰撞速度应控制在 ４Ｋｍ／ｈ。
１．２ 显式动力分析的特点
碰撞问题采用显式差分算法， 用中心差分法在时间 ｔ 求加
速度， 此时加速度表达式如下：
｛ａｔ｝＝［Ｍ］－（１ ［Ｆｔｅｘｔ］－ ［Ｆｔｉｎｔ］）
（ １）
式中： ［Ｆｔｅｘｔ］—施加外力和体力矢量； ［Ｆｔｉｎｔ］—内力矢量， 其表达式为：
# %$ & Ｆ ｉｎｔ＝
ＢＴ"ｎ ｄ!＋Ｆ ｈｇ ＋Ｆ ｃｏｍｔａｃｔ
图 ７ 系统能量变化过程
（ Ａ－ 总能 Ｂ－ 动能 Ｃ－ 内能 Ｄ－ 沙漏能）
由上图可以看出： 系统总能在不断减少， 这是加栽在支架后
端的摩擦力作用的效果， 验证了摩擦力的存在； 系统动能减少和
内能增加也是与事实一致； 由于增加了系统体积粘度的控制， 沙
漏能非常小， 保证了结果的精确性， 这是我们希望看到的。
Ｃｒａ ｓ ｈｗｏｒｔｈｉｎｅ ｓ ｓ ａ ｎａ ｌｙｓ ｉｓ ｏｆ ａ ｓ ｉｍｐｌｅ－ ｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄ ｂｕｍｐｅ ｒ
ＹＵ Ｘｕｅ－ ｂｉｎｇ， ＬＩ Ｙｉｎ－ ｓｈｕａｉ（ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｄａｌｉａｎ １１６０２３， Ｃｈｉｎａ） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
在《 汽车前、后 端 保 护 装 置》法 规 中 只 是 规 定 车 灯 等 部 件 的
破坏与否来对结果进行评价， 而没有做具体数据上的规定， 所以
本模拟中以横梁最大变形量为评价指标。由结构对称性和撞击
｛ｘｔ＋△ｔ｝＝｛ｘｏ｝＋｛ｕｔ＋△ｔ｝
（ ５）
２ 保险杠正面刚性墙碰撞分析
模拟中采用的简易保险杠由横梁、连接板和支架三部分组
成。其中横梁长 １２００ｍｍ， 宽 ６０ｍｍ， 高 １００ｍｍ。此外为了连接方
便 ， 横 梁 边 缘 多 出 １０ｍｍ 的 凸 边 ； 连 接 板 为 边 长 １２０ｍｍ 的 方 形
３．２．４ 模拟结果和数据处理
碰撞器和保险杠的撞击过程图（ 俯视图） 如下：
图 ６ 撞击过程 碰撞过程中系统各能量变化过程如下图：
Ｅｎｅｒｇ（ｙ Ｊ）（ Ｅ－ ３）
１．４ Ｂ
１．２
１
０．０
０．６
０．４
０．２
０ ０
Ａ ＢＣ
Ａ
Ａ
Ｃ Ｂ
ＣＤ
Ｄ
Ｄ
０．０２
０．０４
０．０６
Ｔｉｍｅ（ ｓ）
Ａ
Ｃ
Ｃ
Ｂ Ｂ
Ｄ
Ｄ
０．０８
（ １） 搜索所有从动点， 确定从动点是否穿透主面。 （ ２） 如否不 作 处 理 ， 搜 索 结 束 ； 如 是 则 在 从 节 点 与 主 面 上 的 接触点间附加一法向接触力 Ｆｎ。 （ ３） 处理摩擦力。 （ ４） 将接触力 Ｆｎ 和 摩 擦 力 投 影 到 总 体 坐 标 ， 组 集 到 总 体 载 荷向量中。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
中图分类号： ＴＨ１２，Ｖ４６ 文献标识码： Ａ
在车辆碰撞安全事故中， 绝大多数都涉及到保险杠系统， 因 此国内外对汽车保险杠的研究越来越多。目前， 研究主要集中在 合理选用缓冲材料和合理设计缓冲结构方面。利用原有材料对 保险杠的结构进行改进， 增强了保险杠吸能能力； 同时按照 ＧＢ １７３５４－ １９９《８ 汽 车 前 、后 端 保 护 装 置》法 规 对 其 进 行 了 碰 撞 模 拟。计算中采用 ＡＮＳＹＳ 作为前处理器进行建模和加载， 然后用 ＬＳ－ ＤＹＮＡ 作为求解 器 进 行 求 解 ， 最 后 用 ＬＳ－ ＰＲＥＰＯＳＴ 进 行 后 处理。
１
０
０
０．０２
０．０４
０．０６
０．０８
Ｔｉｍｅ（ ｓ）
图 ５ 保险前端杠部件吸能曲线 （ Ａ－ 改进前 Ｂ－ 改进后）
由上图可以看出： 在加装了填充梁后， 保险杠前部结构的吸 能能力明显 提 高 ， 提 高 量 接 近 改 进 前 的 １／３， 而 且 质 量 增 加 很 少， 更好的起到了保护其后部结构的作用。
（ ｃ） ｔ＝４０ｍｓ
（ ｄ） ｔ＝１００ｍｓ
图 ２ 保险杠变形过程
由上面保险杠变形图可以看出： 在正面碰撞中变形主要集
中在连接板和支架上， 而横梁只有很小变形。
碰撞过程中各部件吸能随时间变化曲线如下：
１０
Ｂ
Ｂ
Ｂ
８
６
Ｂ
４
Ａ
Ａ
Ａ
Ａ
２
Ｂ
０
０
０．０２
０．０４
０．０６
０．０８
Ｔｉｍｅ（ ｓ）
图 ３ 保险杠各部件吸能曲线 （ Ａ－ 横梁和连接板 Ｂ－ 支架） 由上面保险杠吸能曲 线 可 以 看 出 ： 在 碰 撞 进 行 到 １０ｍｓ 以 后， 横梁和连接板内能就不再增加， 而支架内能开始增加直到碰 撞结束。这说明轻微碰撞中保险杆横梁和连接板起主要吸能作 用， 而严重碰撞中保险杠后部零件起主要吸能作用。
＊ 来稿日期： ２００７－ ０４－ ２１
第２期
于学兵等： 汽车简易保险杠碰撞特性分析
－ １１ －
数 Ｃ 取 ４０， Ｐ 取 ５； 横 梁 壁 厚 选 为 ３ｍｍ， 连 接 板 壁 厚 为 ２ｍｍ， 支 架壁厚为 １．５ｍｍ。
２．２ 几何模型建立和有限元网格划分
在 ＡＮＳＹＳ 中建立保险杠几何模型， 然后对其进行映射网格 划分。单元大小选为 １０ｍｍ， 共生成 ６５９５ 个节点和 ６４１４ 个单元， 模型中各部件连接采用共节点法。保险杠有限元模型如下图：
（ ２）
!
式中： Ｆ ｈｇ —沙漏阻力； Ｆ ｃｏｍｔａｃｔ —常量力。
速度与位移用下式得到：
｛ｖｔ＋△ｔ／２｝＝｛ｖｔ－ △ｔ／２｝＋｛ａｔ｝△ｔｔ
｛ｕｔ＋△ｔ／２｝＝｛ｕｔ｝＋｛ｕｔ＋△ｔ／２｝△ｔｔ＋△ｔ／２
式
中：
△ｔｔ＋△ｔ／２＝
１ ２
（
△ｔｔ＋△ｔｔ＋△ｔ）
（ ３） （ ４）
新 的 几 何 构 形 由 初 始 构 形 加 上 ｛ｘｏ｝获 得 ：１ 碰撞 Nhomakorabea题计算方法
１．１ 碰撞接触算法
最常用和有效的碰撞接触算法是罚函数法， 它在每一个时 间步首先检查各从节点是否穿透主面， 如没有穿透不作任何处 理； 如果穿透， 则在该从节点与被穿透主面间引入一个较大的界 面接触力， 其大小与穿透深度、主面的刚度成正比。这在物理上 相当于在两者之间放置一法向弹簧， 以限制从节点对主面的穿 透。在罚函数法中＂对称罚函数法＂则是同时对每个主节点也作 类似上述处理， 它由 于 具 有 对 称 性 、动 量 守 恒 准 确 ， 不 需 要 碰 撞 和释放条件， 因此很少引起沙漏效应， 噪声小。此外， 对称罚函数 法在每一个时间步对从节点和主节点循环处理一遍， 算法相同。 下面以从节点为例详细描述该算法的基本步骤：
３．２．１ 整车质量模拟
由于法规中规定保险杠试验是在整车上进行的， 所以在模
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机械设计与制造
Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００８
拟 中 要 体 现 出 整 车 质 量 。 模 拟 中 设 定 整 车 质 量 为 ２ｔｏｎ， 采 用 ｍａｓｓ１６６ 集 中 质 量 单 元 把 整 车 质 量 加 载 在 保 险 杠 支 架 后 端 ， 这 样不但体现出了整车质量， 而且减少了计算时间。
平板； 支架为横截面边长 ６５ｍｍ， 长 ４００ｍｍ 的方形梁。
２．１ 单元、材料选取和实常数确定
在结构碰撞性模拟中一般采用显式薄壳单元 ｓｈｅｌｌ１６３ 来对
梁结构进行模拟， 薄 壳 单 元 算 法 选 用 Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ－ Ｗｏｎｇ－ Ｃｈｉａｎｇ，
其特点是适合大变形和屈曲分析； 模拟中保险杠材料全部选用双 线 性 应 变 率 相 关 塑 性 材 料 ， 密 度 ７８５０ｋｇ／ｍ３， 弹 性 模 量 ２Ｅ１１Ｐａ， 屈服强度 ２．３５Ｅ８Ｐａ， 剪切模 量 ９．５Ｅ８Ｐａ， 泊 松 比 为 ０．３， 应 变 率 系
２．５ 保险杠改进
由图 ３ 可以看出此保险杠横梁和连接板部分吸收能量很 少， 但一般设计要求保险杠保险杠在低速碰撞中要有一定吸能 能力， 而且越大越好， 所以这里有必要对其进行改进。
２．５．１ 改进方法
由图 ２ 可看出碰撞中连接杆撞入横梁中空部位一段距离， 这段距离可以用来安装吸能材料来增加保险杠吸能能力。本设计 在中空部为增加一段与支架等截面的添充梁， 其壁厚取为１ｍｍ。
【 摘 要】有限元法已经广泛应用于车身结构设计中， 这里利用非线性有限元软件 ＬＳ－ ＤＹ－ ＮＡ 对某一简易保险杠进行了正面刚性墙碰撞分析， 得出一重要结论； 同时， 对该保险杠进行了 试验法规模拟， 并对结构进行修改， 在满足法规要求前提下， 减小了结构质量。
关键词： 保险杠； 抗撞性； 有限元法 【 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ （ ＦＥＭ） ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ ｆｒｏｎｔａｌ ｒｉｇｉｄ－ ｗａｌｌ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ ｏｆ ａ ｓｉｍｐｌｅ－ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｂｕｍｐｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ＦＥＭ ｓｏｆｔ－ ｗａｒｅ ＬＳ－ ＤＹＮＡ， ａｎｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｃｈｅｄ； Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ａｎａｌｙｓｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｓｈ ｌａｗ ａｒｅ ａｌｓｏ ｌａｕｎｃｈｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｍｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｂｕｍｐｅｒ＇ｓ ｗｅｉｇｈｔ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｈｉｌｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｒａｓｈ ｌａｗ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｂｕｍｐｅｒ ； Ｃｒ ａｓｈｗｏｒ ｔｈｉｎｅｓｓ； Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ（ ＦＥＭ）