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力帆520偏置碰撞的计算机仿真与结构改进_图文

第四届中国CAE工程分析技术年会论文集

力帆520偏置碰撞的计算机仿真与结构改进
刘静1索小争1胡玉梅1李青峰2伍奎2陈明珠2
(1重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 2重庆力帆乘用车有限公司重庆401122)

摘要:针对力帆520轿车偏置碰撞成绩不理想、车身变形大的问题,采用cAE仿真技术,建立了整车偏置碰 撞有限元模型,并按照c—NcAP的要求进行了整车偏置碰撞试验的数值仿真,仿真结果与试验结果吻合的较 好。根据仿真计算结果,寻找到问题的真正原因,对纵梁等结构进行了改进,改善了该车前部的吸能能力, 保证了乘员空间的完整。国外权威机构的测试检验表明,改进后力帆520轿车偏置碰撞的得分成绩良好,车 身变形令人满意。 主题词:车身偏置碰撞计算机仿真改进设计

The Computer

Simulation狃d ImproVement of LIFAN520 O凰et
Crash

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“QiIlg矗弧g,Wu Kui,Ch饥Mingzhu
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Liu JiIlg,suo

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1前言
随着汽车工业的迅速发展,汽车车速的日益提高,汽车交通事故也越来越多,已经成为 制约汽车产业发展的三大主题之一。在汽车交通事故中,正面碰撞发生的几率最大,大约占 汽车碰撞的40%n1,在汽车的正面碰撞中又以偏置碰撞(接触面积在30%~70%)所占比率最大 瞳1。因此,研究汽车偏置碰撞安全性能有着重要的现实意义。特别是随着我国偏置碰撞法规的 颁布和国内C—NCAP、出口车E—NCAP的日趋火热,给自主研发的汽车企业带来了严峻的挑战。 由力帆乘用车有限公司自主研发的力帆520轿车,在进行国内56l(Ⅱl/h偏置碰撞的试验中, 成绩不理想,车身前围变形大,可以推测,更不能胜任欧洲E-NcAP64l(Ⅱl/h的偏置碰撞。然而, 力帆520在海外有广阔的市场,因此,如何提高和改善该车偏置碰撞的性能,成为困惑公司 的关键技术难题。 虽然汽车碰撞试验是目前普遍认为最准确可靠的研究方法,但这种试验是破坏性的试验,

113

第四届中国c衄__程分析技术年会论文集

不具有可重复性,且试骑费用昂贵,设计与开发周期长。针对这一问题,本文基于cAE仿真 技术再现了力帆520轿车进行国内56km/h偏置碰撞的试验的隋况,找到了偏置碰撞性能不理 想的主要原冈,提出了切实可行的改进方法,极大的提高了力帆520轿车偏置碰撞的性能。 基』cAE仿真技术的轿车偏置碰撞性能优化研究可丹为两个部分:原始结构仿真模型的 校验和偏置碰撞性能优化。原始结构仿真模型的有效性要通过整车的碰撞实验来校验,通过 完善结构仿真模型,使仿真结果与实验结果在一定程度上达到致。然后,酣提高整车的偏 置碰撞性能为目标对该车的偏置碰撞吸能结构的关键部件进行修改和微调,通过计算机仿真 评价其改进效粜。这样可在较短的时间内给出多个方案并进行对比研究,加强或减弱某些结 构的强度,阱增强其对碰撞能量的吸收能力,从而使整车的变形和对^体的保护达到满意的 程度。

2整车有限元模型的建立
本文采用删sA作为前处理有限元软件.直接读八UG完成的c加模型进行网格划分。整 车模型主要结构包括白车身、副午架、前后牟门、悬架、转向机构、发动机、车轮总成、散

热器总成等主结构。其中发动机、油箱和车轮轮毂考虑为刚体。愚架考虑为刚度致的弹簧
单元。最后的整车有限元模型约57万单元,如图1所示。

目l整车有限i模型

为了保证分析结果的精度,鞍车采川12帅阿格,局部比较复杂的结构及翻边采用不小于 5咖的网格。有限元网格以四边形壳单元为主,三角形壳单元占单元总数的4 4%(满足通用的 有限元网格划分要求).以及少数体网辑},严格保证所有单元的质量要求。包括长宽比、雅可

比、倾斜度、翘曲度、锥度、单元内角。
车身连接主要采用点焊连接,且部位非常多,鉴于没订相应的点焊强度实验数据作为分 析的边界条件,根据K期的宴践经验和相关文献参考,采片j粱单元BEAM9来模拟点焊连接, 车门和市身、车轮和车桥、转向机构、发动机罩与车身采用铰链连接,门锁固定。 座椅采用泡沫材料,仪表板采用塑料材料。车身钢板材料采用多线性弹塑性材料,材料 参数定义密度、弹性模量、泊松比、屈服应力以及有效应力应变曲线。轮胎的材料考虑为橡 胶并在内胎位置设置气压与实际致的气囊。可变形壁障为可压缩的蜂窝铝块,用A面体宴 体单元离散,材料为MODI兀ED_HoNEYcOMB材料。可变形擘障放置在驾驶员一侧,与汽 午前端接触而积为车身的40%。路面采用刚性墙。

3模型校验
基于建立的整车模型,利用Ls-DYNA软件,根据c 正面碰撞可变形壁障,在般xeon NcAP的要求,以56k砌h的速度

8核凹u服务器上耗时24完成丁对该轿车的计算仿真模拟。

整车仿真结构变形如图2(a)所示,图2(b)为整车碰撞试验的变形结果,可见在A柱、

车门、B柱l端以及发动机罩的变形与碰撞试验慨整牟蹙形结构基本吻台。

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仿真计算B柱加速度(Ⅲ4量点与碰撞试验测量的点相同)如图3(a]所示,圈3(b)为 试验测得的B柱加速度,B枉加速度的仿真最大值为339.碰撞试验的最大值为3l 89,仿真 值与试验值相差只有1 2m误差百分比3 77%,满足工程饕求。 图4(a)为仿真计算的驾驶室天键点(前罔j‘的点为假人脚的放置点,驾驶室地板的点 为正对座椅正中的点,该两点的变彤影响假人下肢的损伤)的变形,图4(b)为整车碰撞试 由此可见仿真计算和试验结果吻合较好,证明了该模型的可靠性。可以在此基础上进 步进行谚车结构改进设训

验驾驶窜该关键点的位置,碰撞结束后仿真值为60㈣试验值为54mm,误差百分比ll 1%。

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(a1整车Ⅷ撞仿真

【b)镕车硅瞳试验

圈2整车碰捕仿真和试验№较

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a)B柱加速度曲线(仿真值)

(b)B柱加速度曲线(#验值

目3B柱』日速度曲线仿真々试验&较

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(曲整车Ⅷ撞∞真

蚴整车碰撞试&

圉4整车碰撞仿真自试验驾驶室关键^的变Ⅳ

第网鼎中国cAE T棵分忻技术年会论文集

4整车结构改进与仿真
通过仿真和斌瞬结果分析,发现原1:结构存在以F币足:一足前横架下靠前、F偏.导 教前纵桨存偏置碰中.严重向F弯曲.雌能量严重不足.把载荷转咎给后面的结构,一是前 瓢粱的诱导槽安排太稀巯,导致折叠变形不理想,吸能量不足,也把载持转移给后耐的结构; 三是驾驶室下方的纵粱强度与刚度不足,导致驾驶室变形大。 针对上述的问题,对照车的吸能结构进行了改进设计,经寥方案比较,发现采只j以下措 施脆取得比较好的改进教果:(1)改变原来纵柴的诱导槽布置忙置,以改善纵粱的变形,提 高其吸能教果;(2)加强驾驶室下方纵粱的刚度,保矸驾驶员的空阔不变形。

为了考虑该车国外销售的需要.对改进设计的模型施加64krr血的速度,其它边界条件与
原车相同。改进结构的整车碰撞仿真变影如幽5所示.A、B柱基本保持不变形,整个鸳驶室 的形状保持完好,整车的发动机仓变形较好.保证了驾驶室的完萜t牛,使驾驶员和乘员的空 同得到了保证,提高了

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母6优化后结杓∞B柱加速度曲拽(仿真Ⅲ)

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圈7忧化月整车碰撞驾驶勤罐^的变形‘∞真)

B柱加速度仿真值如图6所毋,曲线在蜷值之前n勺值较原结构有明显的提高,证明汽车前

部的吸能效果明显,进而保证丁汽车的降低,优化后的B柱在64kr曲偏置碰撞中的加速度峰

值为389:驾驶室关键点的变形如茸7所示,改进后结构的蛙丈变形为53咖,可魁前尉的变
形较原结构明显改善,—薛0的保证了驾驶员和乘员的安全。由此可见,忧化后结构的保证了B
柱^Ⅱ速度峰值在较低水平的同时,还保证了整个驾驶室的完整性,对人员的安全形成了有利
的保护,证明优化结构达到,预期的目标。

5试验验证
根据优化结果,对原车的吸能结构进行了改进,国外权威机构对该车进行了64kmm偏置 碰撞试验,整牟碰撞试验的变形结果如脚8所示,由图可见,优化后的整车变形良好,^、B、

第四槲中国cAE T程分析技术年会皓文集

c柱均保持完好,驾驶室基本小变彤,并且与该速度r的仿真结果(图5)非常数,说叫基 于cAE仿真结果所提出的馥进方案是十分有效的,该车在偏置碰撞中状得了12 5分的§,成绩, B柱加速度峰值也较低。

6结论

图8优化i整牟碰撞变m‘*验

通过上述分析研究,可得出以下结论: (1)基于cAE仿真技术,进行嗳能结构的优化,对丁改善轿车偏置碰撞的被动安全性 有明显效果,可以取代大部分实验,节约人力、物力和时间; (2)奉文中仿真结果与碰撞试验结果吻和较好,证明r所建立的有限兀模型的正确性和 其计算结果的可靠性; (3)与实验相比,通过计算机仿真结果的分析,更容易发现原结构的问题所在,为结构 的改进与优化指明了方向; (4)基于cAE仿真拄术.可咀在短时间内快速实现对多个改进方案的性能评价,从而 以最低的代价最陡的速度找到性能好、制造成本低的最佳故进措施。 参考文献:

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带乘目盟约束系统汽车fⅢ碰撞的有R兀洼∞真研究

安}与”境擎m,20。4
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12月,vol26.nn 6

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2040 2043

[11]i女R,金先龙,张晓云,孙奔汽车牟身碰撞性能的自RA仿真与改进上海交通大学学报,
2005

9:H52一1459


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