車(chē)身結(jié)構(gòu)耐撞性的概念設(shè)計(jì)仿真方法研究

《車(chē)身結(jié)構(gòu)耐撞性的概念設(shè)計(jì)仿真方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、車(chē)身結(jié)構(gòu)耐撞性的概念設(shè)計(jì)仿真方法研究邵秀輝朱西產(chǎn)馬志雄(同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院)摘要指出車(chē)身結(jié)構(gòu)耐撞性概念設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是：由車(chē)輛乘員傷害指標(biāo)確定出整車(chē)碰撞波形(正面碰撞)，根據(jù)波形將車(chē)身結(jié)構(gòu)性能分解參數(shù)化設(shè)計(jì)c探討比校了使用CAE技術(shù)建立車(chē)身概念設(shè)計(jì)模型的各種主要方法工具，包括LMS模型、有限元Beam-element模型和多體MadymoFrame模型。論述了相關(guān)的建模特點(diǎn)和建模共同的基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)剛度特性和慣性特性，并討論這些概念設(shè)計(jì)模型特有的局限性以及需要的進(jìn)一步工作。關(guān)鍵詞:車(chē)身結(jié)構(gòu)耐撞性概念設(shè)計(jì)1前言現(xiàn)代汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用并行的設(shè)計(jì)方法,而概念設(shè)計(jì)是這過(guò)程中必不可少的重要階段。

2、如果在開(kāi)發(fā)早期沒(méi)有開(kāi)發(fā)出用于被動(dòng)安全設(shè)計(jì)的參數(shù)化概念模型,則很可能給后續(xù)諸多工作留下很多隱患。運(yùn)用CAE技術(shù)能貫穿從車(chē)身布置選型，概念設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)細(xì)化的各個(gè)階段，優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)模型有助于工程師對(duì)車(chē)身耐撞性能的理解，從而對(duì)每個(gè)階段的車(chē)輛碰撞安全性能進(jìn)行控制,縮短了開(kāi)發(fā)周期,控制了開(kāi)發(fā)成本。.汽車(chē)碰撞安全的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是保證假人的響應(yīng)在傷害指標(biāo)之下可接受的程度。正面碰撞中，碰撞波形是碰撞動(dòng)態(tài)響應(yīng)中最重耍和容易獲取的本質(zhì)特性，與乘員傷譽(yù)之間冇著緊密聯(lián)系，是除了侵入童之外，車(chē)身前端結(jié)構(gòu)耐憧性和約束系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的接口。所以，正面碰挾概念設(shè)計(jì)的目的就是：(1)由乘員傷書(shū)指標(biāo)確定整乍碰撞的波形;(

3、2)根據(jù)波形將車(chē)身結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分無(wú)、參數(shù)化設(shè)計(jì)。對(duì)汽牛正碰過(guò)程而言，將碰撞波形簡(jiǎn)化為雙階梯形式，那么，盡量抬高第一臺(tái)階?降低第二臺(tái)階有助于降低乘員傷害指標(biāo)。以此作為H標(biāo),當(dāng)前主機(jī)廠若對(duì)現(xiàn)有車(chē)型進(jìn)行改進(jìn)，則可以在概念設(shè)計(jì)階段?綜合車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)理想的碰撞波形，或者和約束系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化分析；而大多以競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型為目標(biāo)進(jìn)行的全新開(kāi)發(fā)，車(chē)身結(jié)構(gòu)件的概念設(shè)計(jì)可以從競(jìng)爭(zhēng)車(chē)型Benchmark角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的性能拆解分析。2當(dāng)前典型的車(chē)身耐撞性CAE概念模型當(dāng)前車(chē)身開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們應(yīng)用最廣泛的還是80年代發(fā)展至今的FE整車(chē)碰撞模熨.它需要完整的組件兒何和詳細(xì)的相關(guān)材料屬性，在設(shè)汁的最終階

4、段整車(chē)FE分析是不可或缺的。但是整車(chē)FE中潛在的問(wèn)題也僅限于微小的修改。相比之下，耐撞性概念模型則是將汽車(chē)的慣性屬性以及結(jié)構(gòu)件在碰撞過(guò)程中體現(xiàn)的主要?jiǎng)偠葘傩赃M(jìn)行提取建模，并進(jìn)一步參數(shù)化進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。這樣的模型更簡(jiǎn)單，但是往往也更加高度依賴(lài)碰捕工程師的經(jīng)驗(yàn)理解。現(xiàn)有在汽乍早期結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)階段有所運(yùn)用的參數(shù)化模型主要有1.MS模型，有限元梁?jiǎn)卧Ｐ?Hybrid混合模型和多體Madymo模型。具體比較如表lo2.1LMS模型在20世紀(jì)7()年代,kamal提出了LMS(Lumpedmassandspring)模型叫這種模型用一維的集中質(zhì)就和彈簧系統(tǒng)近似表示汽車(chē)(如圖1),彈表I冇限元模

5、型和參數(shù)化概念模型比較模型需要詳細(xì)的CAD.材料.屬性;運(yùn)算速度慢:結(jié)果僅限于微小改動(dòng)；用于產(chǎn)品廉后聆證有限元模型示意圖參數(shù)化概念模電模型梢簡(jiǎn).需耍力學(xué)特性和慣性屬性；運(yùn)算速度快;易于控制和優(yōu)化;用于早期的概念設(shè)計(jì)vWVWV?vwv-簧的剛度由車(chē)身靜壓(staticcrushtests)試驗(yàn)獲得。LMS模型有較好的理論基礎(chǔ)，運(yùn)行速度快，所以在當(dāng)時(shí)運(yùn)用中，這種模型也可以作為一種用來(lái)指導(dǎo)早期概念設(shè)計(jì)的有效手段，可以用來(lái)執(zhí)行在設(shè)計(jì)前期的參數(shù)研究，確定最初的設(shè)計(jì)參數(shù)。早期的LMS模型已成功運(yùn)用在正碰、側(cè)碰和后碰仿貞中。但是,作為設(shè)計(jì)手段本身IMS模型有個(gè)嚴(yán)垂缺陷：它是一維的，這種方法顯然處

6、理不了偏置碰和斜碰這樣的工況。而且，當(dāng)前的耐撞性和其他汽車(chē)設(shè)計(jì)性能也都要求早期的概念模型能夠?qū)ζ?chē)主要結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相應(yīng)莉?qū)Τ藛T響應(yīng)的影響冇較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力。所以,現(xiàn)在概念設(shè)計(jì)階段這種模型已經(jīng)不常使用。以下將討論三維模型。性，另外也可以通過(guò)集中質(zhì)童單元等來(lái)調(diào)整模型的整體慣性屬性。在PAM-crash中，主要是用BEAM214可壓潰梁?jiǎn)卧獊?lái)代表零部件的圧縮變形,它可以方便的定義軸向壓潰變形剛度曲線;用SPRING220非線性彈簧阻尼單元通過(guò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)連接BEAM214,表示兩個(gè)結(jié)構(gòu)件之間接頭處的塑性鉉彎曲變形特性。用36號(hào)接觸類(lèi)型(36-Self-impactingwithedgetrea

7、tment)來(lái)實(shí)現(xiàn)梁?jiǎn)卧慕佑|〉圖1一維正面剛性壁障碰SLMS仿真模型2.2有限元Beam-element概念模型用于建立有限元Beam-element概念模型的典型代表軟件有PAM-Crash和LS-dynf】。在這兩個(gè)軟件中用Beam-element對(duì)結(jié)構(gòu)耐撞件進(jìn)行建模時(shí)，可以將構(gòu)件的剛度特性(表現(xiàn)壓潰的力-位移曲線和表現(xiàn)彎曲扭轉(zhuǎn)的力矩-轉(zhuǎn)角曲線)賦予給材料(MAT)關(guān)鍵字。這樣,在碰撞過(guò)程中梁?jiǎn)卧蜁?huì)表現(xiàn)出對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的碰撞剛度特性。另外，通過(guò)定義單元的橫截面屬性(