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1、第35卷第4期拖拉机与农用运输车Vol.35No.42008年8月Tractor&FarmTransporterAug.,2008汽车侧面碰撞有限元分析黄虎,刘新田,章佳喆(上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620)摘要:首先根据现有的某车型,建立汽车车身模型。然后根据模拟仿真的要求,划分网格和设置边界条件。最后根据相关碰撞法规要求,结合企业及行业设计标准,进行汽车侧面碰撞模拟仿真。根据仿真结果,有些内容不符合碰撞法规要求,并提出对汽车车身部分进行加强和改进。关键词:有限元分析;侧面碰撞;模拟仿真中图分类号:U463.82文献标识码:A文章编号:1006-00
2、06(2008)04-0060-03AnalysisofVehicleSideCrashBasedonFEMHUANGHu,LIUXin2tian,ZHANGJia2zhe(AutomotiveEngineeringCollege,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201620,China)Abstract:Firstly,carbodymodelisbuiltbasedontheexistingvehicleinthepaper.Andthen,meshingandsettingboundarycondi
3、tionsarefinishedaccordingtosimulationneed.Finally,accordingtocrashregulationsanddesignofcompanystandardandprofessionalstandard,vehiclesidecrashissimulated.Afterresearchingsimulationresult,somefallshortofthecrashregulations.AndCarbodyisimprovedandstrengthenedtomeettheneedofcrashregulati
4、ons.Keywords:FEA;Sidecrash;Simulation[1](4)汽车的碰撞为非线性动态过程。因此采用非线性有限元法Sij=σij+(p+q)δij进行研究,与传统方法比较,该方法考虑到了结构的几何非线性和材11p=-σiδjij-q=-σkk-q(5)33料非线性。它将连续的空间系统进行离散化,能够得到各个部件中的变形情况、速度和加速度分布、应力应变分布等。对于车辆局部,式中,E为当前构型的能量;Sij为偏应力张量;p为压力;δij=[2]1i=j结合多刚体动力学法,可以在应用中取得较为理想的结果。;εij为应变率张量;q为体积粘度。0i≠j1
5、基本理论若在一个参考环境中加入具有内部节点相连的有限元网格体目前在汽车被动安全研究领域,应用比较广泛的理论和计算方系。那么它的节点位置随时间变化的关系为法由美国LawrenceLibermore国家实验室在20世纪70年代研究提出k(X(ξ,η,ζ),t]=(ξ,η,ζ)xj(t)](6)的有限元分析理论。xiα,t)=xi[Xα∑[6、标。若整个物体有个n单元,可近似得到间t后移动到Xα(α=1,2,3)并形成构型b,如图1所示。nmρNtσtdV-ρNtt=0(7)∑∫NadV+BbdV-NtdSm=1vmv∫mv∫m9∫b1式中,N为插值函数矩阵;σ为柯西应力向量;B为应变-位移矩阵;a为节点加速度向量;b为体积载荷向量;t为摩擦力。碰撞模拟计算中采用中心差分的显示积分法进行处理,这里不再详述。对于线性弹性材料而言,声速是材料弹性特征和密度的函数,最图1坐标系内空间物体变形小单元的尺寸以及模型的材料密度和弹性特征决定了临界时间步Fig.1SpaceMaterialDistortioninFra
7、meofAxes长。对于一个非线性系统,在实际应用中,很难得到一个通用的稳定由于整个运动系统必须保持质量守恒,得到运动微分方程准则。对于大多数非线性问题可以将Courant准则降低10%。σij,j+ρfi=ρa(1)此外,在汽车碰撞模拟计算中需要考虑的一个重点是接触问式中,σij,j为应力张量;ρ为物体密度;fi为体积力;a为加速度。[3～4]题,常使用的接触计算方法有接触搜索法、接触界面法、拓扑法质量守恒定律可表示为和级域法等。对于接触力的计算主要采用惩罚函数法和拉格朗日乘ρV=ρ(2)0子法,以及防御节点法。式中,V为相对体积;ρ0为参考密度。能量守恒方程
