国产某轿车保险杠横梁的碰撞仿真研究

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1、SAE—C2007T2032007中国汽车工程学会年会论文集国产某轿车保险杠横梁的碰撞仿真研究李晨陈昌明同济大学汽车学院【摘要】本文通过对国产某轿车保险杠横梁的正面碰撞仿真计算，对保险杠结构进行了修改，对比了前后两种结构保险杠的性能，为保险杠的设计开发提供参考。【关键词】保险杠碰撞仿真ATypeofDomesticCar’SBumperImpactSimulationStudyLiChen，ChenChangmingCollegeofAutombileTo彬UniversityAbstract：Inthispaper，itispresentedacomputersimulationfo

2、ranautomobile’SbumperfrontimpactwhichismadeinChina．Andthentheauthorrectifiedthebumper’Sstructure，comparedthedifferentperformancebetweenthetwobumpers．Thepaperisusedforreferenceforthebumperdesigninfuture．Keywords：bumperimpactsimulation引言汽车碰撞是一个动态的大位移和大变形过程，系统具有几何非线性、材料非线性和边界非线性等多重非线性特征。因此，汽车碰撞的数值计

3、算分析一般采用非线性动态显示有限元分析。有资料显示，汽车发生碰撞事故时，发生正面碰撞(包括斜碰)的概率在40％以上，居于各种碰撞类型之首。因此，研究正面碰撞特性，对降低乘员的伤害非常重要。本文采用ANSA和LS—DYNA对国产某轿车的保险杠横梁正面撞击刚性墙过程进行了数值仿真，并对保险杠横梁的结构进行优化设计，说明结构优化后的横梁碰撞安全性优于原始结构。其结果有助于前保险杠横梁的改进设计，对深入研究汽车正面碰撞具有一定的参考价值。1大变形碰撞的有限元求解方法大变形碰撞问题通常需要耗费大量的计算时间，如何提高求解速度是求解的主要矛盾。与常规有限元计算不同的是，为了避免大型联立方程组求解，

4、提高计算速度，碰撞分析软件一般采用显示算法。虚功原理变分格式的能量平衡方程为：6盯=扣戈‘6xidV+JI，o-06xO．dV+rI．，以6xjdV—I，．tiSxidS(1)J’⋯l在￡。时刻，变形体运动方程的半离散形式为：MqⅣ=PⅣ一FⅣ(2)式中M——凝聚质量矩阵；拳。——Ⅳ时IIII速度矢量；．P。——总体载荷矢量；F。——单元应力场的总体等效节点力矢量。单元采用单点积分算法，并在程序中控制由单点高斯积分四边形和六面体单元产生的沙漏模式。以沙漏粘性阻尼控制为例，加入沙漏粘性阻尼后，方程(2)变为：MqⅣ=PⅣ一FⅣ+日Ⅳ(3)式中日。——结构沙漏粘性阻力矢量。结构碰撞中不可避

5、免地存在接触问题，计算中引入接触力F。后，方程(3)变为：MqN=PN—FN+HN七Fct4、时间积分采用显示中心差分：牙掣=口i芝÷旦+AtⅣ茸Ⅳ(5)gⅣ+l=口Ⅳ+Afi．!i}堕尊』．ii去卫(6)△f避出+Af堡掣AtⅣ=——L1—二(7)-式中q(：，-1)／2——(N一1)／2时刻的节点速度矢量；牙f。⋯。——(N+1)／2时刻的节点速度矢量；口。——』v时刻的节点位移矢量；q。+。——Ⅳ+l时刻的节点位移矢量。2碰撞模型的有限元模拟2．1单元模型简化：由于整车的碰撞性能取决于部件的吸能特性，因此，要改善整车的碰撞性能，必须从改善部件的吸能特性人手。国外的研究指出：把部件

6、从整车上分离出来和保留在整车上两种情况下，部件的碰撞特性并不相同，但是两者的趋势仍是一致的。由于本文研究的是保险杠横梁的正面碰撞效果，故仅截取了与保险杠横梁相关的零件，这样做与实际的碰撞过程有相同的趋势，并且可以节约大量的CPU时间，突出结构改变前后的碰撞效果。国产某车型的前保险杠横梁模型如图1所示。图2为原车保险杠横梁结构模型。保险杠横梁的截面尺寸为1100ram×100mm×30ram，以50km／h的速度撞击刚性墙。由于保险杠横梁属于典型的薄壁直梁件，故采用壳单元模拟，单元网格尺寸为12mm×2007中国汽车工程学会年会论文集SAE—C2007T203图1国产某轿车前保险杠横梁模

7、型图2原车保险杠横粱结构模型12mm。其他零件亦采用这一尺寸进行网格划分。整车质量为1．068t，以质量点的形式加载在质心位置处。通过Rigid单元与车身纵梁连接。单2．2材料及应变率参数面涩模型主要由两部分组成：保险杠总成及刚性墙壁障。其中保险杠采用高强度钢，其他零件采用普通钢板；刚性墙在LS—DYNA中用20号Rigid材料模拟。文献[1]指出，车身所用的低碳钢钢板的材料特性随应变率的变化而变化，在汽车碰撞中，应变率一般在500s。以下，可