大客车翻滚碰撞有限元分析及车身局部结构优化设计ppt课件.ppt

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1、特大客车侧翻事故12死38伤2009年2月22日凌晨7点左右，一车牌号为贵Ｊ０２４６２的大客车在广西南宁-北海高速公路122公+600米处因紧急躲避前面一辆货车掉下来的大量麦麸发生特大侧翻事故，侧翻后的客车顶部撞向了路边的护栏，导致客车顶部下凹。车辆侧翻过程中，有4名乘客被抛出车外，当场死亡。客车的前车窗和后车窗均已破碎，整个车体变形，客车的顶部前半部分下凹约0.5米。由于车顶部受到挤压，前排有8名乘客无法逃生，被困在车内。随着客车运输的迅猛发展，公路客运量也在急剧的增长，客车重大交通事故的绝对数量目前也呈上

2、升趋势，造成的生命财产损失非常巨大。据统计，近五年全国汽车翻车事故率仅次于侧面碰撞、正面碰撞和追尾,约占总事故率的7%，汽车翻车死亡率高达12%。我国客车翻滚事故的现状不容乐观ECER66法规——生存空间整车翻转试验按ECE66号法规规定的试验方法，客车车身结构在进行试验时及在试验后，应确保其具有足够的强度。此法规规定：（1）客车任何部分的位移都不允许侵入保存空间。（2）客车保存空间内的任何部分都不能突出到变形的车身结构之外。有限元建模的三种方法：（1）直接建模（2）实体建模（3）导入CAD三维数模客车有限元

3、建模方法：（1）全部采用梁单元建模。（2）采用壳单元精确建模。采用梁单位建立客车有限元模型本文引用了中国农业大学邰永刚和北京航空航天大学孙凌玉等人采用标准截面梁单元和自定义截面梁单元建立的模型客车车身骨架有限元模型，该模型由4190个梁单元和355个焊点单元组成。客车有限元模型有限元前处理（1）简化处理（2）载荷的处理（3）接触的定义（4）部件连接（5）边界条件处理模态分析模态分析是对噪声分析和评价的一种方法，将线性定常系统微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的

4、独立方程，以便求出系统的模态参数。模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标,使微分方程解耦，变成各个独立微分方程。系统自由振动特性(固有频率和振型)的求解问题就是求矩阵特征值和特征向量的问题。模态试验的评价方法（1）分析评价法（2）对比评价法分析评价法认为，结构的动态响应由外界激励频率和该频率下激励分量大小以及结构本身的固有频率和相应振型决定。模态分析采用BLOCK-LANZOS方法，得到了低阶固有频率和振型。一阶扭转振型一阶弯曲振型下图所示张紧细绳上均匀地分布着五个相同的集中质量，

5、绳子张力在微幅振动过程中近似认为是常数。分析系统的主振动的频率和主振型。五自由度弹簧质量振动系统五自由度的主振动客车翻滚试验翻滚试验台客车侧翻过程评价指标——生存空间ECER66对车身上部结构强度的要求主要体现在以下两点：（1）结构的任何移位部分不能侵入生存空间之内。（2）生存空间的任何部件不得突出到变形结构之外。采用显式积分的非线性有限元软件(1)ABAQUS公司的Explicit(2)MSC公司的DYTRAN(3)LSTC公司的LS-DYNA20世纪80年代法国ESI将DYNA商品化，命名为PAM-CRA

6、SH；1989年，JohnHallquist扩展了LS-DYNA——商业版的DYNA程序。LS-DYNA仿真计算整车骨架在试验台上绕旋转轴翻倒，在与地面接触时可以认为只有角速度和重力场的作用，故只从侧翻的车体触地前的最后一个状态开始模拟，其碰撞角速度根据质心坐标变化量和动能定理求得ω=1.35rad/s，碰撞模拟时间为200ms。生存空间评估角原设计评估角变化曲线原设计碰撞能量变化曲线原设计质心速度变化曲线车身上部结构改进设计质心加速度曲线车身最大变形图结论（1）客车侧翻试验并结合动态计算机仿真模拟是评价客车

7、侧翻安全性的有效方法。（2）对客车有限元模型进行模态分析是评价模型可信度的有效方法。（3）本文提出客车侧翻碰撞中生存空间的评价指标——生存空间评估角，结合动力学参数可以准确、动态地评估生存空间受侵入的程度。（4）客车侧翻碰撞中上部结构尤其是侧围结构是决定侧翻碰撞安全性能的关键因素，本文通过优化侧围结构有效地提高了客车侧翻安全性能，最终改进方案可以满足ECER66法规对乘员生存空间的要求。