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1、汽车程〕〕年第卷第期以〕汽车正撞吸能部件改进的计算机仿真’张维刚钟志华湖南大学,摘要本文为了改进某一整车的前碰撞性能,应用计算机仿真技术对该车的前碰吸能部件进行了碰撞仿真改进研究。由改进前后的整车有限元模型碰撞仿真计算结果与改进前后的实车碰撞试验结果的对比表明,部件的碰撞仿真设计是确保设计车辆具有良好碰撞性能的一种重要的方法和手段。叙词汽车碰撞计算机仿真碰撞性能劝’,加,飞稗,以降低最大撞击加速度峰值并的碰撞吸能性着手月青使整个吸能区段变宽。国外的研究表明,影响车辆前部正面碰撞吸能在现实生活中,汽车碰撞事故时常发生,并且前性的主要是前纵梁、翼子板
2、、发动机罩等前部饭金。部正面碰撞的比率占所有碰撞事故的以上,部件在正碰时这些部件吸收的能量占车辆总吸收。,因此,继欧、美、日等发达国家之后,我国政府部门能量的左右尤其在前碰初始阶段儿乎所也于世纪年代制定了汽车正面碰撞的安全法有的能量都由这些部件来吸收。因此,可以从这些规,强制要求新生产出来的乘用车辆必须满足这一吸能部件着手来改善整车的正碰性能。法规要求。因此企业和相关研究机构必须加紧对车本文对车辆前部吸能部件的研究采用了碰撞仿辆前部正面碰撞的研究。真的计算分析方法,文中所使用的碰撞分析软件为本文的工作正是在这种背景下进行的。所选择年版本的比一,所
3、有计算在的研究对象为一辆正处于设计开发阶段的轿车。根型工作站一进行。据汽车安全法规要求,车辆进行了正撞障碍墙的试验。由于车辆结构的撞击性能即车身底吸能部件的碰撞仿真板的纵向撞击加速度,见图并不十分理想,因此,试验测得的一些法规指标处于较高值。为了能由于整车的碰撞性能取决于部件的吸能特性,从根本改进车辆的碰撞安全性能,需从车辆结构因此,要改善整车的碰撞性能、必须从改善部件的“”“”机械工业技术发展基金会九五重点项目汽车整车安全性设计与改进技术研究原稿收到日期为仪年月日,修改稿收到—日期为入洲年月日。年一程··第卷第期汽车,。吸能特性人手。国外的研究
4、指出把部件从车体上取二钓习分离出来和保留在车体上两种情况下,部件的碰撞对前纵梁进行的碰撞过程模拟。图所,。特性并不相同但是二者的趋势仍是一致的这示为碰撞过程中几个时刻的仿真计算变形结果。就可以单独对部件进行碰撞研究。相对于整车碰撞变形结果可一仿真来说,部件碰撞仿真计算时间短,且易于对结以帮助从表面上果进行观察、分析和对比,从而可快速改进。判断部件吸能性。图是本文所研究车辆的前部碰撞吸能部件能的好坏比如车辆左前部的有限元模型,其中前纵梁图起同一部件发生轴着至关重要的作用。因此,本文以前纵梁为重点进向压缩变形比发行碰撞仿真计算分析。考虑整车质量的影响
5、,在梁生弯折变形吸收尾部与其它部件的连接点上附加了的集重的能量多。但大质量,以模拟撞击时车身传递给梁的惯性力。多数情况下,变形差别不是那么明显,这时,需根据变形内能计算结果来判别部件吸能的多少。部件的变形内能即各单元弹塑性变形能的总和。图中间几个时刻的仿真程序在一于算时可计算变形结果以动态输出部件孟乙勺乙,一一之。八,图车体前部吸能部件的有限元模型的变形内能洲尹一提仅一名一图所示是程序计算出的前纵梁撞击变形内尸印能随时间变化的时间结果曲线的一部图前纵梁撞击变形的。分一内能时间曲线图前纵梁有限元模型部件吸能性的改进在对前纵梁进行碰撞仿真计算时,关键
6、的问题。是材料模型的正确选用因为同一零部件在进行不由于部件的碰撞吸能特性同许多因素有关,如、同条件撞击速度的高或低所承受载荷的大与小结构型式、尺寸大小、材料等,并且这些因素往往又,。,等下的计算分析时都可能需要选用不同的材料同整车相关联因此如何选择好改进点就显得十。,。模型对于前纵梁的碰撞计算由于梁本身所采用二分重要本文遵循的总原则是不改动部件的总体,,,、、的材料是低碳钢在以的速度撞击时梁可设计即不改变外形外廓尺寸材料等这些可能影,、能发生较大的变形并且其变形抗力会受应变率的响到整车设计的因素,而是从细部弱化局部加强。,影响较大因此计算时材料模
7、型选用了动态弹塑以及板厚变化等方面进行考虑。图为改进点示意,胜材料模型并考虑应变率的影响即图。在用这种强化与弱化的方法对部件的吸能性进’’一口”气‘个万行改进研究时,首先通过单一因素变化法可以分别、、,。。‘为应变,式中分别是动态静态屈服应力看出各改进点对吸能性影响的显著性另一方面、一,、,率尸是。模型中的参数本文通过对整车碰撞仿真变形结果的观察对比和分析汽车工程年第卷第期变形加强区域黑毅藻牵敬原始梁轴侧示意图腹板弱化示意梁边缘弱化示意原始梁向投影示意图加强方案图前纵梁的弱化与强化改进示意图表部件变形内能随改进细节的变化情况局部弱化一边缘腹板一一
8、一边缘腹板边缘腹板局部加强一一一一△△△△△△板厚一一一一一一内能目一印一名可以找出部件变形与撞击波形的峰值或峰谷之单元组成。材料模型分
