多胞结构在汽车前纵梁中的应用研究.pdf

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1、多胞结构在汽车前纵梁中的应用研究口周鑫美口饶建强华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640摘要：为研究多胞结构在汽车前纵梁中的应用对整车碰撞安全性能的影响，根据中国新车评价规程C—NCAP相关要求，先后建立了采用单胞结构和多胞结构前纵梁的整车正碰有限元模型，经求解计算，分析、比较了两种形式下的碰撞安全性，研究结果表明，相比于单胞结构，多胞结构在汽车前纵梁中的应用更有利于提高整车正碰安全性能。关键词：多胞结构汽车前纵梁碰撞有限元安全中图分类号：U461．91文献标识码：A文章编号：1000—4998(2010)01—0037—03汽车发生正面

2、碰撞时，其前纵梁、翼子板、发动机罩等前部钣金件是碰撞能量的主要吸收部件，其中以前纵梁的吸能最为突出。试验研究表明，当汽车发生48km／h的正面碰撞时，其前纵梁吸收了约50％～70％的碰撞能量⋯1。因此，针对汽车正面碰撞的车身结构耐撞性设计，主要任务便是前纵梁的耐撞性设计。传统的前纵梁通常为单胞、直梁形式，其吸能特性及对汽车正碰安全性能的影响，国内外均有大量的定义对模型的仿真结果影响很大。以上相关信息的学者进行了系统、深入的研究；多胞结构是近年来所设置如下⋯：提出的新型吸能结构，文献[2】和[3]中，笔者分别对1)车身附件、备胎、电瓶等用质量单元

3、直接创建独立的单胞和多胞直梁、多胞结构中的蜂窝形和方在相应的节点上。管组合形直粱进行了碰撞仿真研究，结果表明，相比2)发动机、变速器、传动轴在侧翻过程中变形量很于单胞结构，多胞结构直梁的碰撞过程更加平稳，吸小，为节约计算时间，将其定义为刚体★mat—rigid。能量更大。3)除发动机、变速器、传动轴、轮胎和车桥采用体然而，多胞结构在汽车前纵梁中的应用及其对单元进行模拟外，车身和底盘构件大多为薄壁梁或薄整车正碰安全性能的影响，目前国内还未见报道。为板结构，故采用壳单元模拟。此，本文先后建立了采用传统单胞构型和新型多胞4)车身骨架、底盘等主要部件，

4、采用多线段弹塑构型前纵梁的整车正面100％重叠刚性壁障碰撞有性材料模型六mat—piceewise—linear—plasticity进行限元模型，经求解计算，分析、验证了多胞形式前纵定义，材料类型为Q235，其材料参数如表1所示：梁的优越性。表1Q235材料参数密度p弹性模量泊松比屈服极限强度极限1有限元模型的建立／(t／m)E／(GPa)／(MPa)／(MPa)参照中国新车评价规程C～NCAP的相关规定，本7．8621OO．3235386文在hypermesh环境下的ls—dyna面板中，建立了整车对于弹塑性材料，应变变化的快慢会影响到材料

5、正碰有限元模型(如图1所示)。汽车初速度为5Okm／h，的塑性行为。考虑到应变率的影响，本文采用Cowper为节约计算时间，取汽车与刚性墙距离为5mm时刻为—Symonds方式，屈服应力计算如下]。初始分析时刻。=[1+(—等)古](O-o+卢(1)汽车结构主要由底盘和车身骨架组成，相对来说，乙汽车玻璃、车身附件和非承载件等对整车正碰安全性式中：≥表示应变率；C、P为应变率参数(本文取C=能的影响很小，因此，在建模过程中需要进行必要的简40，P=5)；O-o、／3、Es分别表示静屈服应力、硬化系化处理；材料、单元属性、接触及边界条件等有关信息数

6、、塑性硬化模量、有效塑性应变。5)边界条件包括速度和载荷的施加。速度和载荷收稿日期：2009年8月机械制造48卷第545期2010／1圆l分别用六initial—velocity和-A-load—body—z进行定2．2能量分析义。能量的转化贯穿于正碰的整个过程：车体动能转6)在本模型中，接触主要发生在车体与刚性墙、化为地面与车体摩擦力所产生的热能及车体塑性变形轮胎与水平地面以及车体本身之间。各接触分别采用能。由于碰撞过程中车体在地面上位移较小，所以在整★rigidwall—planar—id、火rigidwall—planar—id和★个分析

7、过程中，由地面摩擦力所产生的热能转化可忽contact—automatic—single—surface—id进行定义。略不计。因此，整车正碰过程中的能量变化可简化为车此外，为了对沙漏、时步、输出信息等进行有效控体动能转化为材料塑性变形能。制，一些控制卡片，如六control—timstep、★control—若采用单点高斯积分进行求解计算，沙漏现象不hourglass的设置是必要的。最终模型单元总数约140可避免，一般认为，沙漏能若小于5％，求解可靠。图4是万，其中三角形单元占3．8％，符合约定。本模型各种能量的变化曲线，其中沙漏能约占4．6

8、45％，所以本模型的求解过程是可以接受的。2数值仿真及结果分析2．3加速度分析整车的正碰模拟是一个典型的包含几何非线性大加速度的大小可直接反映出碰撞过