立即咨询有惊喜哦 !

logo
logo
简介
简介
联系方式
正脉科工有限元分析联系电话010-81387990
邮箱xyq@vipstq.com
 
 

dyna汽车碰撞仿真

作者:管理员    发布于:2015-02-05 02:20:31    文字:【】【】【

汽车作为目前陆地上的主要交通工具,汽车交通事故造成的人员死亡占各类事故死亡人数的首位。汽车碰撞安全问题越来越引起人们的关注,在汽车碰撞过程中,发生几率最高的是汽车前部的碰撞,首先涉及到前部保险杠的碰撞,但许多国产车的保险杠吸能性能较差,因此,研究汽车保险杠的碰撞特性和碰撞过程中的吸能特性,对于提高汽车的碰撞安全性具有重要的意义。由于保险杠在低速碰撞中的重要性,世界各国对保险杠的耐撞性都制定了具体的法规和试验要求。

1 汽车保险杠低速碰撞仿真与试验

我国对汽车保险杠的研究较少,特别是对适用于汽车保险杠的缓冲材料和缓冲结构的研究非常有限。本文中对某型汽车保险杠和加装格栅缓冲装置内衬的缓冲吸能式保险杠参照试验规范利用台车进行了低速碰撞试验和仿真。由于保险杠外饰面罩的抗冲击强度与钢材料相比很小,因而在试验和有限元建模中未考虑。

1.1 保险杠系统碰撞有限元模型

本文的仿真研究采用了碰撞模拟显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA3D,其主要算法为拉格朗日描述增量法。本文中这两种保险杠都采用三维参数化造型软件UG建立了保险杠系统实体模型,通过ICES数据文件转换格式,输人大型非线性动力分析有限元软件LS-DYNA3D建立保险杠系统的有限元模型,某型轿车保险杠有限元模型由内衬金属横梁、支架、车体、圆柱型刚性壁构成,共有4552个单元,5280个节点。缓冲吸能式保险杠有限元模型由金属横梁、支架、内衬缓冲吸能结构、车体、圆柱型刚性壁构成,共有8461个单元,10162个节点。保险杠及支架采用BT壳单元模拟,并采用沙漏控制,部件的厚度采用碰撞前的厚度,不考虑碰撞时板厚的变化。

为分析保险杠本身的特性及与试验相验证,假设与保险杠联结部分不发生塑性变形,台车未发生塑性变形,车体采用8节点体单元,台车车身材料采用刚体材料,刚体材料参数使用真实的材料的值,如杨氏模量、泊松比和密度,台车作为刚体内部所有节点自由度都耦合到刚体的质心上,程序通过组成刚体的的单元体积和密度自动计算出质量、质心和惯量特性。建立的有限元模型中台车的质量为900kgo根据台车的试验实际工况,对台车刚体的约束通过材料定义中的相关参数来设置YZ方向的平动约束和三个转动约束。圆柱型障碍壁采用四节点壳单元在空间离散,圆柱型障碍壁在碰撞时未发生变形所以也采用刚体材料,因其在实际试验中是固定的,模拟时对障碍壁刚体的约束通过材料定义中的相关参数来设置XYZ方向的平动约束和三个转动约束。保险杠横梁和支架全部采用四边形壳单元离散。保险杠支架与台车的连接在模拟时选择连接部位处支架上的一系列节点,把它定义成台车刚体上的特殊节点集,生成节点刚体,这样支架就被约束在台车上跟随其一起运动,保险杠横梁,支架及内衬缓冲吸能结构在连接部位节点根据试验情况可以定义成一个节点刚体,该节点刚体可以任意运动,保险杠横梁,支架及内衬缓冲吸能结构通过组成节点刚体的约束而传递力和位移,保险杠系统通过节点约束作为一个整体而一起运动。对保险杠有限元模型所有的节点施加X方向速度边界条件,碰撞速度为8km/h

在模拟分析保险杠低速碰撞过程中,接触问题的处理是非常重要,为了保证保险杠横梁和圆柱型刚性障碍壁之间在动态接触时不发生穿透,分析中采用主从接触搜寻算法来进行接触界面的搜寻,在计算之前将保险杠横梁和障碍壁表面之间及横梁与内衬缓冲吸能结构之间所有可能发生接触的部位定义成接触主面接触从面。在计算过程中不断的对这些可能接触的接触面进行接触搜索。一旦确定某处出现接触界面,先检查从节点是否穿透主表面,没有穿透则不对该从节点做任何处理。如果穿透,采用对称罚函数法,在该从节点与主表面间、主节点与从表面引入一个较大的界面接触力,大小与穿透深度、接触刚度成正比。

接触力按下面公式计算:

F=Kδ

式中:F——接触力

K——接触界面刚度(由单元尺寸和材料特性确定)

δ——穿透量

保险杠横梁、保险杠支架及内衬缓冲吸能结构中所用的材料均为弹塑性材料,在仿真计算时,选用了指数硬化弹塑性材料本构模型,材料达到屈服后按指数关系塑性硬化,软件分析中定义的材料、密度、弹性模量、泊松比、屈服应力、硬化强度及硬化指数等参数。

对于弹塑性材料,应变的快慢会影响到材料、的塑性行为,高应变率会导致材料的动力硬化行为,如在高速(V≥20km/h)碰撞仿真必须考虑应变率对材料的影响。但在低速(V≤20km/h)碰撞仿真时,材料模型可选用不计应变率效应的弹塑性材料。

材料失效的现象比较复杂,但强度不足引起的失效现象主要还是屈服和断裂两种现象,对于保险杠系统所用材料为钢弹塑性材料,通常以屈服形式失效,仿真是选择第四强度理论来判断材料失效。第四强度理论:形状改变比能理论(Von Mises应力)

许用应力[σ]=屈服极限σs/安全系数,σ1σ2σ3为三个主应力。LS-DYNA程序里在结果文件包含了三个主应力、最大剪应力和Von Mises应力数值。

1.2 保险杠系统碰撞试验

试验条件:台车碰撞速度为8km/h,碰撞壁障为圆柱型刚性障碍壁,台车质量为900kg,保险杠支架采用结构强度较高的直支架。

某型汽车保险杠承载能力比较弱,在20ms时台车加速度达到一个峰值,在持续到160ms时保险杠杠体被压溃,保险杠系统失效,台车车身与障碍壁相撞。缓冲吸能式保险杠,利用杠体内衬金属结构的塑性变形来吸收碰撞能量,通过试验台车低速碰撞试验加速度曲线可知,台车平均加速度比不装格栅缓冲装置时有一定提高,但加速度峰值增加并不大。此时借助格栅缓冲装置塑性变形缓冲作用几,使台车的速度变化在相对较长的时间内进行,从而减弱了或避免了撞击刚性壁时的冲击作用,试验后照片也显示尽管此时保险杠系统在8km/h的低速碰撞下产生了较大的塑性变形,保险杠支架也有明显的塑性变形、但此时保险杠系统尚未失效,表明缓冲吸能式保险杠的承载能力较强,吸能效果较好,具有较好的耐撞性。

保险杠的支架强度必须要与保险杠匹配,本文中试验和仿真都显示保险杠杠体产生一定的塑性性变形的同时,保险杠支架也开始形成塑性区,合理的加强支架强度有利于提高保险杠系统对碰撞能量的吸收。

1.3 仿真计算结果及分析

保险杠在低速碰撞下的动力响应特性是指碰撞过程中,碰撞体的位移(或变形)、速度、加速度等的时间响应历程。由于保险杠上各点的参数特性各不相同,不利于评估分析,而车体是刚性体,所以取车体为分析对象,试验和仿真计算得到碰撞过程中的加速度变化的时间历程曲线对比。

从仿真和试验结果上看在低速碰撞过程中,被撞车的速度变化较小,最大加速度值也比较小。由此可见,在设计中仍有提高保险杠系统总体刚度的余地。因为从提高保险杠系统对碰撞能量吸收的角度来说,增加刚度是有利的。通过计算机仿真计算可知,在相同的碰撞初始速度条件下,相对于某型轿车保险杠而言,吸能式保险杠内能增加比较明显,通过图8可知某型轿车保险杠在没有失效时吸收能量大约为1500),而此时系统的总动能为2200J,这表明此时保险杠未能吸收足够的碰撞动能。而缓冲吸能式保险杠吸收能量大约在2000J以上,几乎所有的碰撞前试验台车动能都被保险杠杠体和支架吸收。采用缓冲吸能式保险杠可以明显提高保险杠系统的刚度,这对于吸收碰撞能量,减小碰撞时车体的加速度,增强汽车耐撞性是有利的。

1)利用台车碰撞试验取代实车的碰撞试验,有效的简化了试验操作,降低试验成本。台车碰撞试验也验证了仿真的有效性和可靠性。

2)试验和仿真都表明某型汽车保险杠在正面低速碰撞圆柱型障碍壁时保险杠横梁变形过大,车身已开始撞击刚性壁柱,此时保险杠系统不能对车身提供有效的保护。缓冲吸能式保险杠增强了保险杠的吸能能力,在碰撞过程中很好地控制了加速度和速度的变化,保险杠的横梁和支架没有发生压溃失效,其耐撞性较好。

3)有限元模拟计算的结果与试验结果基本一致,因此利用仿真计算优化缓冲吸能式保险杠结构是切实可行的。

 

 
 
联系我们
 
 
 
图片
图片
多行文字
电话:010-81387990
手机:18301320667
联系人:李老师
网址:www.101315.com
邮箱:bjxu@vip.163.com
地址:北京市房山区良乡绿地启航国际商务办公区14号楼西楼5层
脚注信息
北京正脉科工科技有限公司  电话:010-81387990                            关注微信了解更多信息
版权所有 Copyright(C)2009-2013 京ICP备14038777号-1                                                                    
图片
图片