汽车侧面碰撞有限元仿真建模
汽车碰撞模拟仿真对车辆侧面碰撞防护结构的优化设计
汽车碰撞模拟仿真对车辆侧面碰撞防护结构的优化设计随着汽车工业的发展，车辆碰撞安全性成为一个越来越重要的问题。
特别是在侧面碰撞中，车辆的乘员和乘客面临着更大的伤害风险。
为了提高侧面碰撞防护结构的设计与性能，汽车碰撞模拟仿真成为一种有效的优化设计方法。
本文将探讨汽车碰撞模拟仿真在车辆侧面碰撞防护结构优化设计中的应用。
一、引言车辆碰撞安全性一直是汽车工业的重要研究方向之一。
侧面碰撞作为一种常见的交通事故形式，已经引起了广泛的关注。
在侧面碰撞中，车辆的侧面防护结构承担着保护车内乘员和乘客安全的重要责任。
因此，对车辆侧面碰撞防护结构进行优化设计，提高其防护能力具有重要的实际意义。
二、汽车碰撞模拟仿真方法的应用汽车碰撞模拟仿真是一种基于计算机的虚拟碰撞试验方法，它通过运用有限元分析原理，对车辆在碰撞过程中的应力、变形等动态特性进行模拟与分析。
在汽车碰撞模拟仿真中，可以根据碰撞事故的不同模式和严重程度，对车辆的侧面碰撞防护结构进行评估和优化设计。
三、侧面碰撞防护结构的设计要求侧面碰撞防护结构的设计目的是通过吸收和分散碰撞能量，减缓乘员和乘客的伤害程度。
在设计侧面碰撞防护结构时，需要满足以下几个方面的要求：1. 强度要求：侧面碰撞防护结构应具备足够的强度来抵抗碰撞力，保护车内乘员和乘客的安全。
2. 刚度要求：侧面碰撞防护结构的刚度要合理，既不能过硬导致乘员和乘客承受更大的冲击力，也不能过软无法有效吸收碰撞能量。
3. 形变要求：侧面碰撞防护结构在碰撞过程中应能产生预测性的变形，通过变形吸收和分散碰撞能量，并减小对乘员和乘客的冲击损伤。
4. 多级保护：侧面碰撞防护结构应采用多级保护方式，通过外部构件、门梁和防撞梁等组成的综合防护系统，最大限度地提高碰撞安全性。
四、汽车碰撞模拟仿真在侧面碰撞防护结构设计中的应用汽车碰撞模拟仿真在侧面碰撞防护结构设计中发挥着重要的作用。
通过利用有限元分析软件，可以建立车辆的三维模型，并设置碰撞试验的工况和边界条件。
某款轿车在侧面柱碰中车体耐撞性与乘员损伤的仿真分析
某款轿车在侧面柱碰中车体耐撞性与乘员损伤的仿真分析某款轿车在侧面柱碰中车体耐撞性与乘员损伤的仿真分析引言：车辆安全性是汽车工程领域极为重要的研究方向之一。
随着交通事故数量的不断增加，以及对乘员安全需求的提高，许多汽车制造商开始将车辆的耐撞性与乘员损伤预测作为重要的设计指标。
本文以某款轿车为研究对象，利用仿真技术，对该车在侧面柱碰撞中车体的耐撞性以及乘员的损伤情况进行分析，从而为车辆设计提供参考。
1. 研究背景随着城市化进程的加快和汽车保有量的不断增加，交通事故中侧面碰撞事故的发生频率也逐渐增加。
侧面碰撞事故往往会给车辆和乘员带来严重的损害，因此研究车辆在这类事故中的耐撞性以及乘员的损伤情况对于提高车辆安全性具有重要意义。
2. 研究方法本研究采用有限元方法对某款轿车在侧面柱碰撞中的车体耐撞性和乘员损伤情况进行仿真分析。
首先，根据该车的CAD模型，构建了一个高精度的有限元模型。
然后，针对碰撞事故的实际情况，设置了合理的边界条件和碰撞模式。
接着，采用某商用软件对车体在碰撞过程中的动力学响应进行了模拟计算。
最后，根据计算结果，分析了车体的变形情况以及乘员的损伤程度。
3. 仿真结果根据仿真计算结果，碰撞后的车辆侧面存在明显的变形，主要集中在碰撞点附近。
由于某款轿车采用了高强度钢材料，车体整体耐撞性良好，碰撞后的变形范围相对较小。
此外，乘员受损情况也进行了详细分析。
根据仿真结果，乘员在碰撞过程中受到了较大的冲击力，头部和胸部是最容易受伤的区域。
然而，由于该车配备了安全气囊和安全带等安全设备，乘员损伤程度相对较小。
4. 结果讨论与优化策略根据仿真结果，某款轿车的车体耐撞性较好，但仍然存在改进的空间。
在碰撞过程中，车辆侧面柱的抗压性能有待提高，以减小碰撞产生的影响力。
此外，对乘员损伤进行优化，可以通过改进安全气囊和安全带的设计，进一步降低乘员在侧面碰撞中的受伤风险。
结论：通过有限元仿真分析，本研究对某款轿车在侧面柱碰撞中的耐撞性和乘员损伤进行了评估。
汽车侧面碰撞有限元模型的建立
向。
耋 一
２２ 移 动 变 形 壁 障 的 建 立 ．
图 １移动 变形壁 障的结构尺寸示 意图
通过 建立 汽车 碰 撞模 型 ， 员模 型 及保 护 系统模 型 ， 乘 进
车侧 面碰 撞标准（ 汽车侧面碰 撞的乘员保护 ｝ Ｂ ０ ７ ２ ０ ） Ｃ ２０ —０ ６ Ｇ
的要 求进 行。
２１ 可变形移动 障碍壁结构特性及仿真模 型的建立 ．
１ 有 限元模 型的 建立对 于汽 车侧 面碰撞研 究 的意义
２ ０世纪 ５ ０年代 ， 美开 始汽车碰撞试 验研究 ， 欧 随着轿车 在 汽 车中所 占比例增 多 ， 始 出现 对汽 车 侧面 碰撞 的研 究。 开 刚开始 时采用 实车碰撞 试验 方法 ， 再根据 碰撞试 验 的分析研 究结果 ， 改进 设计。 随后发展 了台车试 验和试验 台冲 击试验 等模 拟碰 撞技术 ， 两种试 验方 法是 以实车试验 的结 果为基 这
改造后 ， 此设备不仅 能满足点焊 网生产 的需求 ， 同时改善 值 １ ９ ．１ １万 元 。 １ ３５ ７
了职 工的作业环境 ， 大的减 轻 了职 工的劳动 强度 ， 时省 力 大 省 省 电， 少 了人力 物力 ， 减 降低 了能 源消耗 及生产 成本 ， 高了 作者简介 ： 提 李亚明（ ９４ ， 江 苏泰兴人 ， １６ 一）男， 供职 ａｅ２１ １ Ｃ ｕｉ Ｎ２０ ｕ ｌＮ． ０ ｔＯ５ ０） ｖ Ｏ６ ｔ． ｙ
．
汽车侧 面碰撞有 限元模型 的建立
曹华奇
（ 州宇通客 车股 份有限公 司 ， 南 郑州 ４ ０ ０ ） 郑 河 ５０ ０
某轿车侧面碰撞有限元仿真模拟
某轿车侧面碰撞有限元仿真模拟
周子云
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2009(000)005
【摘要】为了有效地降低交通事故所带来的严重后果,我国政府将碰撞保护法规作为强制性检测内容.文章采用试验与计算机仿真相结合的方式.从结构和能量变化2个方面,对试验结果和计算机仿真结果进行了比较和分析,结果表明二者符合较好,证明了仿真结果是真实可信的.指出碰撞仿真分析是确保车辆拥有良好碰撞性能的一种重要方法,与实车碰撞试验结果相比,吻合较好.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】周子云
【作者单位】天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.Taurus轿车车门侧面碰撞有限元分析 [J], 邓召文;高伟;熊剑
2.轿车车门侧面碰撞有限元仿真及优化研究 [J], 乔维高;张良安;涂进进
3.轿车正面碰撞有限元仿真模拟建模 [J], 徐敦舸;高卫民;李涛
4.某轿车侧面碰撞的有限元分析 [J], 安旭辉;刘世达
5.轿车正面碰撞有限元仿真模拟建模 [J], 徐敦舸;高卫民;李涛
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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。
汽车碰撞过程的有限元数值模拟
哈尔滨工程大学硕士学位论文汽车碰撞过程的有限元数值模拟姓名：徐文岷申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：张旭20070301等软件，这样在利用ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式，从而利用相应得求解器进行计算。
ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ也可以直接输入ＣＡＤ几何模型及有限元模型，减少用于建模的重复工作和费用。
ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ最著名的特点是它具有强大的有限元网格前处理功能和后处理功能。
在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。
ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ具有强大的智能网格生成工具，可以交互调整每一个曲面或边界的网格参数，包括单元密度，单元长度变化趋势，网格划分算法等，因此ＨＹＰＥ鼢艇ＳＨ在汽车和航空航天等领域有着广泛的应用。
图３．３汽车整车有限元模型３．４汽车有限元模型的建立整车模型的建立参考了文献【３８】，通过实际测量和相关手册得到汽车的关键点的数据，在前处理软件中建立汽车的外部模型。
对某些部件进行简化，如乘客、发动机、散热器等部件简化成固体单元，整车模型中的部件材料特性参数参照文献【３８】规定的。
整车模型共有２５个部件，各部件的编号及材料（ａ）内部件名称（ｂ）外部件名称图３．４汽车部件名称在整车模型中，部分部件的连接采用点焊单元，但大部分部件之『日Ｊ的连接采用共同节点的方式连接，图３．５和表３．２给出了一个共同节点连接方式的示例。
表３．２中的每个单元的四个节点编号，是从如图所示单元左下角的节点依次选取的。
图３．５部件连接方式（１）边界约束条件：剐性墙的所有自由度均被约束。
（２）碰撞速度：按照ＣＭＶＤＲ２９４的标准，对汽车施加一ｘ轴负向的碰撞速度，大小为５０ｋｍ／ｈ（１３．８９ｍ／ｓ）。
（３）接触算法：在碰撞过程中，有些部件变形后会碰到其它部件，有些部件变形后自身各部分相互挤压在一块，发生相互作用。
侧面车门碰撞仿真分析
轿车侧面车门与柱状物碰撞仿真分析本文研究的轿车侧面车门与柱状物碰撞仿真。
一、创建有限元模型1、创建柱状物有限元模型1）选择【模块：部件】→【创建部件】命令，出现【创建部件】对话框。
2）在【名称】栏中输入：yuan_zhu ，然后选择二维平面模型空间，解析刚性类型，大约尺寸：200 ，如图1 。
3）选择【创建圆弧：圆心和两端点】命令，以（0，-5）为圆心，分别画出四段圆弧，以组成一个圆。
如图2和图3 。
点击鼠标中键，点击【完成】，完成圆柱模型建模，如图4 。
2、创建车门有限元模型1）选择【模块：部件】→【创建部件】命令，出现【创建部件】对话框。
2）在【名称】栏中输入：che_men ，然后选择二维平面模型空间，可变性类型，基本特征：壳，大约尺寸：200 。
如图5。
3）选择【创建线：矩形（四条线）】命令，输入（-25，5）和（25，0），画出一个矩形。
如图 6 。
点击鼠标中键，点击【完成】，完成车门模型建模，如图7。
图1创建圆柱部件图2 创建圆弧图3 创建圆图4 创建圆柱图6 创建车门部二、部件装配1）选择【模块：装配】→【Create：Instance】命令，出现【创建实例】对话框。
2）在【创建实例从】栏中选择【部件】，然后同时选择【che_men】和【yuan_zhu】，其他条件默认不变，如图8 。
模型装配完成，如图9。
图8 创建实例图9 模型装配完成二、属性定义1）选择【模块：属性】→【创建材料】命令，出现【编辑材料】对话框。
2）在【名称】栏中输入：Steel ，选择【通用】→【密度】→质量密度：8700 ，再选择【力学】→【弹性（E）】→【弹性】→弹性模量: 20000和泊松比：0.3 ，其他值保持默认不变，点击【确定】，如图10 。
3）选择【创建截面】命令，出现【创建截面】对话框。
4）在【名称】栏中：Scetion-1，材料：Steel ，点击【确定】，如图11 。
5）选择【指派截面】命令，选择要指派的截面区域，点选整个che_men模型，点击【完成】，出现【编辑截面指派】对话框如图12 ，保持默认值不变，点击【确定】，当che_men 模型变为绿色，代表材料属性图10 编辑材料对话框赋予完成，如图13 。
蔡坚勇_利用RADIOSS进行某车型侧面碰撞仿真和优化
利用RADIOSS进行某车型侧面碰撞仿真和优化The Optimization of Vehicle Side CrashSimulation Based on RADIOSS蔡坚勇东南(福建)汽车工业有限公司研发中心 福建 福州 350119摘 要：建立了基于RADIOSS的某车型侧面碰撞有限元模型，依C-NCAP 2012版中的时速50公里可变形移动壁障侧面碰撞试验条件设定仿真的载荷和边界条件，计算相关位置的加速度、侵入速度、侵入量，与事先设定的五星车目标值进行比较，通过优化结构设计，使不达标项达标。
通过在模型中加入有限元侧面碰撞假人模型，依C-NCAP 2012版计算假人相关位置伤害值，仿真结果表明该车侧面碰撞达到五星车要求。
关键词：RADIOSS 侧面碰撞 优化Abstract: Build the whole vehicle lateral impact finite element model based on the RADIOSS code, set up the analysis loads and boundaries according to the actual movable deformable barrier lateral impact test conditions of the velocity of 50 kilometer required by C-NCAP 2012 version, calculate the relative position accelerations, intrusion velocities and displacements and then compare them with the targets required by the 5 star vehicle. Make the bad analysis results be improved to the designated standards after the structural optimization. Finally，add the lateral impact finite dummies in the optimized model and calculate the relative position injuries of the dummies according to C-NCAP 2012 version. The simulation results show the vehicle achieves the 5 star goals.Keywords：RADIOSS, lateral impact, Optimization1 创建整车侧面碰撞有限元模型依据设计部门提供的初版三维CAD数据，先对各个分总成进行网格划分，按实际连接方式创建连接，赋予材料和厚度属性并配重，生成独立可计算的INCLUDE文件，然后用一个主文件将各INCLUDE文件连成一个整车模型并检查和调整整车质量和质心位置到实际值，最后按C-NCAP 2012版中的有关侧面碰撞试验条件设定边界条件和相关接触。
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第26卷第6期2005年11月 江苏大学学报(自然科学版)Journal of J iangsu University(Natural Science Editi on) Vol.26No.6Nov.2005汽车侧面碰撞有限元仿真建模游国忠1,陈晓东1,程 勇2,朱西产2,苏清祖1(1.江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013; 2.中国汽车技术研究中心,天津300162)摘要:整车碰撞仿真是汽车被动安全性研究的关键技术和有效方法.应用美国ET A/VPG及LS-DY NA软件,按照欧洲侧面碰撞法规ECER95,对国产某轿车汽车侧面碰撞车身抗撞性能进行了计算机仿真分析.文中介绍了整车有限元建模及侧面碰撞仿真的方法及经验,分析了材料与焊点的模拟方式、时间步长、刚体、自接触的定义等对计算结果有影响的建模因素,并将模拟计算结果与实际碰撞结果进行对比.通过仿真和试验结果的比较,车身变形、加速度波形以及车体的运动基本一致,从而验证了文中汽车侧面碰撞仿真的建模方法,为进一步研究侧面碰撞人体伤害以及车身侧面抗撞性能的改进奠定了基础.关键词:汽车;侧面碰撞;建模;有限元仿真中图分类号:U46 文献标识码:A 文章编号:1671-7775(2005)06-0484-04Fi n ite ele ment modeli n g of vehi cle si de crashYOU Guo2zhong1,CHEN X iao2dong1,CHEN G Yong2,ZHU X i2chan2,SU Q ing2zu1(1.School of Aut omobile and Traffic Engineering,J iangsu University,Zhenjiang,J iangsu212013,China; 2.China Aut omotive Technol ogyand Research Center,Tianjin300162,China)Abstract:Crash si m ulati on of full car is a p ivotal and effective method t o study vehicle passive safety.According t o Eur opean side crash regulati on,ECER95,the side crash p r operty of a native car is ana2 lyzed by US A ET A/VPG and LS2DY NA s oft w ares.The modeling and si m ulati on of full car and full2scale side crash are intr oduced in detail.The crucial as pects related t o the accuracy of the result,such as the si m ulati on of materials and s pot welds,the ti m e contr ol,rigid body,and the definiti on of contact inter2 face are discussed.The comparing results bet w een si m ulati on and full2scale test indicated that the de2f or mati on,accelerati on and moti on of vehicle body are consistent.The modeling method of vehicle sidecrash is validated.Key words:vehicle;side crash;modeling;finite ele ment si m ulati on 汽车侧面碰撞安全性研究是当前世界汽车被动安全研究的一个热点,而汽车碰撞试验是汽车安全性研究中最准确可靠的方法,但此类试验是对试验车进行的破坏性试验,为检验一项设计目标往往需反复进行碰撞试验.由于碰撞过程复杂,试验费用高,设计与开发周期长,因此通过对汽车碰撞进行模拟计算来指导和部分取代试验工作,就成为汽车安全性研究的一种趋势[1].在汽车侧面碰撞计算机仿真技术研究方面,国外已经做了不少研究工作.在国内,目前还没有颁布汽车侧面碰撞的强制性法规,对汽车侧面碰撞安全性的研究才刚刚起步.文中采用美国ET A公司的汽车专业化仿真软件———虚拟试验场(VPG),以国产某轿车侧面碰撞有限元建模仿真为例,对整车碰撞方法和经验进行探索.收稿日期:2005-01-25基金项目:江苏省高校自然科学研究计划项目(03KJB580024);江苏大学高级专业人才科研启动基金资助项目(04JDG003)作者简介:游国忠(1975-),男,贵州毕节人,博士研究生(youecho@),主要从事汽车被动安全研究.陈晓东(1974-),男,江苏无锡人,博士后(xiaodong2chen@),主要从事汽车被动安全研究.1 整车有限元模型的建立在建立整车有限元模型时,将整车各零部件的CAD三维模型存成I GES格式文件,通过VPG软件的I GES格式数据转换接口输入零件几何外形,利用其线和面进行网格的划分.划分网格后的模型与CAD模型的外形吻合得较好,而且由于在CAD建模时,采用的是统一的空间坐标,这有利于各零部件有限元模型的装配.整车模型的建立按照汽车制造的工艺流程进行,首先建立汽车各个零部件的模型,然后将各零部件组装成各分总成,最后总装完成整车模型.整车的装配通过在其联接边界上增加相应的联接单元(如焊点、铰接、短梁等)或约束(如刚性约束等)来实现.由于在碰撞计算中包含有大量的接触问题,因此,整个模型还必须考虑所有可能的接触.111 零部件模型有限元模型的建立(1)单元划分.使网格单元的外形比、网格变形、单元翘曲度尽可能达到理想状态,并对CAD模型中成为有限元建模障碍的一些细部特征(如汽车结构中对有限元计算结果几乎没什么影响的孔、小的圆角及尖锐的过渡区域等)进行特殊处理,避免畸形网格的出现,使划分的网格能保持几何边界上的一致性,不会在边界上产生节点错开现象.(2)单元大小.根据碰撞过程中的变形情况以及重点研究的内容,对车身不同部位的单元划分采用了不同大小的单元.在整车建模时,位于车身左侧、前围最前点和C柱下部之间的撞击区域,单元边长为10～20mm,与该区域对称的右侧区域,单元边长为20～40mm,对于前后非撞击区域,单元边长大于50mm.(3)单元特性选取.轿车车身主要由薄钢板冲压后经焊接拼装而成,因此,车身结构建模时基本采用壳单元.根据实际零件的板厚通过定义四边形单元4个节点的厚度来定义壳单元的厚度.LS-DY2 NA为壳单元提供了16种算法,权衡计算精度和效率,在选择壳单元特性时,对变形较大的撞击区域采用S/R co-r otati onal Hughes-L iu单元算法,对车身的其余部分采用Belytschko-Tsay单元算法.(4)模型单元检查.质量较差的单元不仅会降低计算步长,大大浪费计算时间,而且在附近的计算结果也往往不可靠.通过对划分好的单元进行检查,发现网格划分中存在的问题,及时修改,可以确保每个零件模型的正确性.112 整车有限元模型的建立(1)整车模型的装配.结束了车身、悬架、轮胎、座椅、动力总成模块的建模后,需要进行总装来完成整车模型.轮胎和悬架的装配通过在轮心和车轴之间建立圆柱型铰接单元联接,因悬架与车身的装配、动力总成与副车架的联接一般都采用弹性元件,所以采用了不同刚度的弹簧单元进行联接;座椅与地板的固定采用刚性短梁进行固定,座椅的位置根据座椅H点坐标确定.(2)整车模型的检查.在完成整车模型之前,确定建立的模型是否正确,还需要从多方面对模型进行最后的检查,通过定义整车自身的接触,检查整车模型中的初始穿透,并对穿透位置单元节点进行调整,使整车模型没有初始穿透的警告.最后,还需要对整车的质量、质心位置进行调节(通过增加质量点的方法),对座椅H点进行调整,并检查整车的一些基本参数.2 侧面碰撞仿真211 碰撞仿真的软件VPG虚拟试验场是美国ET A公司总结汽车CAE长期工作经验,在LS-DANA软件平台上开发的专门应用于汽车工程的软件.其突出的特点在于建立了悬架、轮胎和各种道路的模型数据库,实现了悬架、轮胎和道路模型的参数化建模.此外,最新版本VPG中的VPG/Safety模块,在碰撞仿真能力方面提供了各种法规试验的仿真程序指导及所需的仿真工具(如移动变形壁障和假人模型等),为汽车侧面碰撞的计算机仿真提供了便利条件.212 侧面碰撞仿真建模21211 焊点的仿真整车车身的装配主要以焊接为主,在车身动态碰撞仿真中,焊接仿真如有微小失误,也会引起仿真结果的误差.汽车在碰撞过程中会有焊点失效,因此在模型中仿真焊点断裂.在VPG中可以定义焊点,在满足一定失效条件下焊点失效.在建立焊点单元时,尽可能使建立焊点单元的两个节点位置比较接近,必要时调整单元节点的位置.保证焊点的距离,对不同厚度的单元设置不同的焊点距离[2].在两个焊点之间至少应留有一个自由节点.不使用边缘的节点作为焊点,比如在联接飞边为单排单元的零件时,焊点选择飞边内侧的节点.在车身焊点中,有时会出现多于2层钢板焊接的情况, VPG提供了另外一种近似于焊点单元的单元,称为584第6期 游国忠等:汽车侧面碰撞有限元仿真建模节点刚性体,它通过选择你所需焊接的节点,可以将任意多层的节点刚性联接,限制这些节点的所有自由度,起到与焊点同样的作用.21212 零部件的选取与简化通过观看实车和实车碰撞过程,分析零部件对碰撞的影响大小.对影响较大的构件,如碰撞侧面车门内外板、A/B/C柱、前轮罩、座椅、顶盖、车窗机械部件等,应精确建模,对影响不大的零部件,如悬架系统、转向机构、轮胎、横梁等,要抓住其主要的几何形状,对侧面碰撞基本没有影响的构件,如发动机、变速箱、后围、保险杠、行李箱盖等,可以忽略.对于筛选出的零部件,也存在一个简化问题,在此过程中,必须以实车碰撞的结果为依据,按受力和变形情况,合理地对现有结构进行简化.如发动机和变速箱,在轿车上这两者都位于汽车前部的发动机室.在侧面碰撞仿真计算中,它们的形状与结构基本不影响计算结果,所以一般采用刚性质量体来代替. 21213 移动变形壁障模型和假人模型根据法规要求,建立了移动变形壁障模型,并按照法规移动变形壁障动态验证试验的要求验证了移动变形壁障模型的正确性[3].采用的假人模型为VPG/Safety模块中提供的Eur oSI D-I假人模型,在用其进行侧面碰撞仿真前,按照Eur oSI D-I假人标定程序的要求,对假人模型进行了标定试验仿真.21214 时间步长控制由于LS-DY NA采用显式算法进行直接积分,其优点是适用面广、精度高且能够处理异常复杂的约束边界,每步计算时间和内存开销很小.其不足之处是受courant稳定性准则制约的积分时间步长太小,使得解的稳定性是有条件的,只有选用较小的时间步长才能保证计算结果的正确.一个有限元离散系统的临界时间步长取决于该系统的最高频率成分.中心差分法的稳定性准则可表示为2/ωmax,系统的最高频率ωmax是由该系统的最小尺寸单元所决定的.实际计算时,计算系统的最高固有频率很麻烦,所以可采用有限元单元网格的特征长度L除以应力波传播速度c来近似临界时间步长.由于临界时间步长与单元网格特征长度有关.随着结构变形,单元网格特征长度不断发生变化.所以,时间步长的确定需要在实践中探索.21215 沙漏控制由于显式有限元算法采用减缩积分,虽然避免了体积闭锁,大大降低了计算时间,但同时也带来了沙漏模式,或称为零能模式.沙漏变形过大,仿真会失败.因此,必须采用适当的沙漏控制系数.文中通过总体附加刚度或粘性阻尼来控制,在LS-DY NA 中由关键字33CONT ROL_HOURG LASS控制. 21216 接触问题在侧面碰撞仿真中,建立合理的接触模型是非常重要的.在处理侧面碰撞仿真中所遇到的接触问题的时候,文中采用了两种比较常用的接触方式:自动单面接触和自动面对面接触.对于汽车自身、侧碰假人自身和移动变形壁障自身的接触问题,文中采用自动单面接触,这种接触算法会对设定的模型范围内所有外表面进行搜索,来检查其间是否发生穿透,由于所有的外表面都在搜索范围内,不需要定义主/从接触对,但单面接触需要的计算时间会比其他接触方式要长,因为它需要对所有的表面进行穿透检查.于是,在定义单面接触的时候,应尽可能减小单面接触模型定义的范围,从而尽可能缩短计算时间.对于移动变形壁障与汽车之间、汽车与侧碰假人之间、汽车轮胎与地面、移动变形壁障车轮与地面的接触问题,文中采用自动面—面接触,这种接触通常可以用来模拟刚体—柔体和柔体—柔体的面面接触问题.定义面—面接触需要选择接触的主/从面,形成接触对,通常通过实常数来识别接触对.21217 侧面碰撞仿真按照欧洲侧面碰撞法规ECER95,应用VPG软件中的VPG/Safety模块进行侧面碰撞仿真.整个实车侧面碰撞模型如图1所示,共有187208个节点, 184046个单元.图1 实车侧面碰撞仿真模型Fig.1 Finite ele ment model of vehicle side crash213 侧面碰撞仿真与试验结果对比根据试验中测得的数据,与汽车相关的检查和比较可以从这三个方面进行:车身的变形、汽车碰撞后684 江苏大学学报(自然科学版) 第26卷的运动情况、车身加速度,文中按照定性和定量的评价方法对仿真结果的真实性和准确性作出了评价.图2为车身中部的变形轮廓曲线比较,从图2中可以看出仿真结果准确再现了试验结果,最大变形量发生在碰撞基准线位置附近,为342mm ,与试验结果仅相差23mm ,B 柱前的变形量比较接近,B 柱后的变形量仿真结果要比试验大,最大误差为41%,以最大误差点占总变形量的误差计,平均误差为1818%.图2 车门变形轮廓的比较Fig .2 Comparis on of test with si m ulati on of door def or mati on 图3为发生侧面碰撞后汽车在Y 向的位移—时间变化曲线,从试验和仿真的比较结果显示:在碰撞发生后10m s 内,汽车没有位移,处于纯变形阶段.10m s 后,仿真的位移量要比试验时延迟一段时间,但位移随时间的变化率一致,所以说汽车的运动试验与仿真的结果基本吻合.图3 汽车位移-时间曲线Fig .3 Ti m e 2hist ory curve for dis p lace ment of car 图4为被撞侧B 柱下端的加速度—时间曲线的比较,从图中可以发现,加速度曲线的变化基本相同,在峰值和相应的产生时间上还存在一定的差异,仿真值普遍要比试验结果大,且50m s 以后峰值时间有一定的滞后,但总的变化趋势一致.图4 B 柱下端Y 向加速度-时间曲线Fig .4 Decelerati on 2ti m e curve of bott om of B p illar 2Y3 结 论采用ET A /VPG 软件,按照欧洲侧面碰撞法规ECER95,建立了国产某轿车整车侧面碰撞有限元模型,进行了整车侧面碰撞仿真模拟计算,并对试验结果与仿真结果进行了比较,得到以下结果.(1)取得了整车侧面碰撞仿真模拟的经验,总结出一系列整车建模的要领和技巧,掌握了整车侧面碰撞模拟的一些关键方法和参数.为今后的汽车侧面碰撞研究打下了基础.(2)整车侧面碰撞仿真计算的验证为该车型提出结构改进方案打下了基础,可减少实车碰撞的次数,为研究提高汽车侧面碰撞安全性提供理论依据.(3)建立整车侧面碰撞模型促进了安全带、侧面碰撞安全气囊的研究,缩短侧面碰撞安全气囊的开发周期.参考文献(References)[1] 龚 友,刘星荣,葛如海.小型客车整车正面碰撞分析[J ].江苏理工大学学报(自然科学版),2000,21(3):16-21.G ONG You,L I U Xing 2r ong,GE Ru 2hai .An analysis of the full i m pact of the m inibus [J ].Journal of J iangsu U niversity of Science and Technology (N atural Science Edition ),2000,21(3):16-21.(in Chinese )[2] 霍尔斯特・皮佩特.汽车车身技术[M ].吴贤明译.北京:科学普及出版社,1992.20-41.[3] 陈晓东,苏清祖,程 勇,等.汽车侧碰移动变形壁障有限元模型的开发[J ].汽车工程,2003,25(3):260-263.CHE N Xiao 2dong,S U Q ing 2zu,CHE NG Yong,et al .The finite ele mentmodeling of moving defor mable barrier f or vehicle side i m pact [J ].A uto m otive Engineering,2003,25(3):260-263.(in Chinese )(责任编辑 汪再非)784第6期 游国忠等:汽车侧面碰撞有限元仿真建模。