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基于RADIOSS求解器商用车前下部防护装置结构模拟碰撞分析

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2016-08-03    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

基于 RADIOSS 求解器的商用车前下部防护装置结构模拟碰
撞分析与改进
 
Impact Simulation Analysis and Structure Improvement on Front-bottom Protective Device of Commercial Vehicle using RADIOSS solver
 
王丽荣 杜平 周新南 张秀芹 王超
(福田戴姆勒汽车有限公司 北京 101400)
 
 
        摘要: 作为安全防护装置,保险杠是现代汽车结构的重要组成部分之一。它是否具有优良的结构,直接关 系到乘员的人身安全和车辆安全。2013 年 1 月,由国家发展与改革委员会发布的 GB26511 正式实施。该 国标标准对商用车前下部防护装置的碰撞性能提出了明确的要求。为了更好的预估前下部防护装置的安全 性能,借助 HyperMesh 软件建立碰撞有限元模型,并通过 RADIOSS 求解器进行模拟计算,优化结构。 用来降低研发周期和研发成本,并提高实物样件碰撞实验评估的通过率。

       关键词:前下部防护 RADIOSS 碰撞 优化

       Abstract:As an important safety system, the bumper is one of the most important components of vehicle structures. The performance of structure of bumper relates directly to the safety of occupant and vehicle. According to GB26511 released by national development and reform committee was implemented in 01.2013. In order to estimate the performance of bumper during the collision, the FEA model was built under HyperMesh and solved using RADIOSS solver. Based on the first simulation result, the improvement of bumper structure was achieved. This method significantly reduced research and development cycle and cost, and also improved physical experiment evaluation pass rate of the specimen.

       Key words: Front-bottom Protective Device,Collision,Optimization, RADIOSS, HyperMesh
 
1 概述

       随着汽车工业的迅速发展,汽车普及率的大幅提高,交通事故也随之增多。交通事故给人们的生活带 来了巨大灾难,已成为世界性的社会问题。据世界卫生组织统计,自汽车问世以来,全世界死于交通事故 的人数已达数千万,并且还在以每年百万人的速度增加,此外加上几倍于死者的受伤者和家属以及各种物 质损失,这种损害显然是十分巨大的。以 2006 年世界主要国家地区道路交通事故发生统计数据1为例,在 美国大约有 43300 人死于道路交通事故,在欧盟大约有 38500 人死于道路交通事故。虽然这些年来,如 美国等发达国家由于汽车造成的人员死亡率有了一定程度的下降趋势,但是多数发展中国家,例如中国, 虽然只占世界汽车保有量的 2%,但交通事故却占了 15%,已数年是交通事故数量和死亡人数最高的国家 之一。我国每年发生道路交通事故大于 30 万起,而且连续几年死亡人数均超过 10 万人,相当于平均每 5

       分钟就有 1 人死于车祸,汽车交通事故已经严重威胁到人们的生命和财产安全,成为了人类生存面临的一
个不容忽视的安全问题。因此,提高汽车的碰撞性能已经越来越重要。

       为提高汽车的安全性,欧美发达国冢先后制定和实施了相应的法律和技术法规。目前,我国已开始实 施部分强制性碰撞安全法则,使得大部分乘用车汽车必须通过相关的碰撞法规检验才能上市销售。对于商 用车领域,国家发展与改革委员会也发布了 GB26511 标准,其中强制规定了商用车前下部防护装置的碰 撞性能要求。为了满足 GB26511 标准的要求,本文对新开发车型的前下部防护装置,借助 CAE 的仿真手 段进行虚拟碰撞验证分析。通过 HyperMesh 前处理软件,建立碰撞有限元模型,并采用 RADIOSS 求解 器计算,通过分析碰撞模拟结果及时发现问题,进行结构优化改进,尽可能避免通过实物样件碰撞不合格 后再进行改进的弊端,降低开发成本,缩短开发周期。
 
2 前下部防护装置介绍及有限元模型建立
2.1 商用车前下部防护装置介绍


        前下部防护装置是汽车上较大的覆盖件之一,作为一个独立的总成安装在汽车上,它对车辆的安全防 护、造型效果、空气动力学特性等有着较大的影响。汽车前下防护装置安装在汽车的最前端,在整车造型 风格中起到至关重要的作用,它能够诠释出整车外装饰的艺术风格,好的保险杠能够使用户感到赏心悦目, 得到美的享受。无论汽车的大、小改型设计,保险杠总是成为造型师手中重点塑造的对象,造型美观是整 车的亮点及卖点。另外,发生碰撞时,大多数情况下都有前下部防护装置的参与,前下部防护装置作为汽 车安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分。前下部防护装置的基本结构如图 1 所示.

2.2 GB26511 法规要求

        GB26511 法规适用于安装在 N2 和 N3 类车辆上的下部防护装置,本法规的目的是对 M1 或 N1 类车 辆提供在发生前部碰撞时的车辆前下部的有效保护。GB26511 法规规定了商用车前下防护装置的设计要 求和碰撞试验方法,主要对于卡车前下防护装置进行以下三个点进行碰撞测试。具体碰撞试验要求如下:

       第一、各 P1 点与切向前轴上的轮胎的最外侧点的纵向平面的距离最大为 200mm,但不包括靠近地面 的轮胎的膨胀;各 P2 点与相互距离为 700-1200mm(包括)的车辆的中间纵向平面相对称。P3 点位于车 辆的垂直纵向中间平面上。如果与前下部防护相关的车辆的结构和部件位于完全与其纵向中间平面对称的 位置,则在各 P1 和 P2 点上的试验应在一边上进行。

        第二、与车辆或要安装的车型的最大重量的 50%相等但不超过 80×103 N 的水平力应连续地施加在两
个 P1 点上;与车辆或要安装的车型的最大重量的 100%相等但不超过 160×103 N 的水平力应连续地施加 在两个 P2 点上。如果装置不连续以及在两个 P2 点之间的截面面积过小,则试验应继续在 P3 点上施加 与 P1 点上同样的水平力。试验时,应当尽可能快地施加试验力,并且装置或车辆应承受至少 0.2 秒的下 述规定的力。

2.3 前下防护碰撞有限元模型建立

       按照碰撞分析网格建模要求,严格控制网格质量,建立的有限元分析模型中,车架纵梁,车架横梁, 圆管梁,保险杠和前防护等采用壳单元模拟,网格大小平均值为 10mm,螺栓连接采用 RBODY 单元进行模 拟。保险杠支架的材料牌号为 Q235,其余结构材料为 610L,有限元模型如下所示:


2.4 边界条件

        约束:为了考虑车架总成第一横梁及侧支撑管梁对前下部防护装置的贡献,将约束施加在车架总成第 一横梁后端部的纵梁截断面上,约束其六个方向的自由度。

       载荷:根据法规 GB26511 的要求,分别在 P1、P2、P3(如图 3)施加速度 1.5m/s 的速度边界,通过 接触力输出判断结果。

3 分析结果
3.1 初始结构分析结果


        根据设计人员初步设计的结构进行分析,其结果如下图 4:


P1 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是 2.75 吨;


        P2 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是小于 6 吨;


        P3 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是<5 吨;

        通过分析可知:P1、P2、P3 碰撞的结果均不满足 GB26511 的法规要求,需重新进行结构优化。

3.2 优化后结构分析结果

        根据初步分析结果,对结构进行优化,增加了车架横梁与碰撞横梁支架的过渡支架,并进行了局部结 构的加强,优化后仿真计算结果如下:


       P1 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是 10 吨。


        P2 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是小于 16 吨。


        P3 点工况下:碰撞器和保险杠的相互作用力是小于 15 吨。

4 结论

         本文通过对前下部防护装置初始结构的低速碰撞仿真分析及时发现结构不满足 GB26511 法规要求,并针对结构薄弱区域进行优化改进。对改进后结构再次进行碰撞仿真分析,其结果显示,改进后结构基本 满足法规要求。通过使用 HyperMesh 建模,RADIOSS 求解器进行模拟仿真实验分析,可以为实物样件实 验提供有效的模拟实验数据。以此为基础对模型进行改进,,用来提高真实碰撞试验中模型的通过率,可 以一定程度上降低研发周期和成本。

5 参考文献

[1]王萍萍 基于 RADIOSS 保险杠低速碰撞性能仿真研究 Altair 用户论文集
[2]张金虎 汽车保险杠碰撞仿真性能研究 硕士论文
[3]杨永生 汽车保险杠系统低速碰撞仿真性能研究 硕士论文


 
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