導(dǎo)語：淺析汽車保險(xiǎn)碰撞有限元分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以EQ140貨車為例，應(yīng)用動力有限元軟件ANSYS／LS-DYNA對汽車保險(xiǎn)杠的碰撞過程進(jìn)行數(shù)值模擬。得到結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力響應(yīng)以及變形、速度、碰撞力等參數(shù)的時(shí)程曲線。清晰地展示了保險(xiǎn)杠的變形的全過程，為改進(jìn)保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：保險(xiǎn)杠；碰撞；有限元

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天。汽車無疑已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的交通工具。如何提高汽車在碰撞過程中的安全性能。最大限度地避免或減輕乘員在汽車碰撞中的傷亡將成為我國汽車被動安全性研究的重要課題。國外對整車碰撞模擬的研究經(jīng)過二十多年的發(fā)展，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。而國內(nèi)整車的碰撞模擬研究才剛剛起步。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還沒建立起來。涉及到的一些技術(shù)問題還沒解決。同時(shí)就目前的硬件條件、技術(shù)力量。并不足以完成整車的碰撞模擬。本文對EQI40貨車保險(xiǎn)杠碰撞過程中的變形進(jìn)行了模擬，得到了其碰撞過程中的位移、速度、碰撞力等參數(shù)的時(shí)程曲線。通過這樣的模擬。也為進(jìn)行整車的碰撞模擬提供了一定的參考。

1計(jì)算模型的建立

分析時(shí)。模型所采用的數(shù)據(jù)是參考EQ140貨車保險(xiǎn)杠的原始尺寸。并對某些地方進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化以便于進(jìn)行有限元分析。由于主要研究的是保險(xiǎn)桿在碰撞過程中的變形。所以考慮建立模型時(shí)。保險(xiǎn)杠后面的部分都未建立，而是以質(zhì)量單元代替，這樣既可以極大的減少計(jì)算時(shí)間，同時(shí)又能得到所需的數(shù)據(jù)。1．1實(shí)體模型的建立

模型由兩部分組成，一個(gè)是保險(xiǎn)杠，一個(gè)是剛性墻，考慮到保險(xiǎn)杠外形是曲面，在ANSYS中不易建立模型，所以選擇在Pro／E軟件中建立模型，再通過ANSYS軟件的接口導(dǎo)入。

1．2單元和材料

由于保險(xiǎn)杠由薄壁板制成，剛性墻也是平板，所以整個(gè)模型選用薄殼單元(SHELL163)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，剛性墻也采用該單元。都選擇軟件默認(rèn)的算法。以便提高分析計(jì)算的效率。式中：σo一初始屈服應(yīng)力；ε-應(yīng)變率；C，P-Cowpersymonds應(yīng)變率參數(shù)；β-硬化參數(shù)；Ep-塑性硬化模量；-有效塑性應(yīng)變。

網(wǎng)格劃分完成后的模型如圖l所示。單元劃分應(yīng)盡量避免小單元，因?yàn)檫@將大大減小時(shí)間步長，增加求解時(shí)間；也應(yīng)避免夾角單元和翹曲的殼，這將降低結(jié)果精度。在需要沙漏控制的地方使用全積分單元，如果考慮塑性效應(yīng)時(shí)。高斯積分點(diǎn)應(yīng)選擇在3—5個(gè)之間。

1．3定義接觸面

本次計(jì)算中保險(xiǎn)杠與剛性墻的接觸采用LS—DYNA的AutomaticContact。SurfacetoSurface接觸模型[2]。

1．4載荷工況

LS—DYNA程序中所有的載荷必須與時(shí)間相關(guān)，在對模型進(jìn)行加載的時(shí)候，剛性墻的所有自由度都約束住。保險(xiǎn)杠與剛性墻碰撞時(shí)刻的時(shí)速為14m／s(即為50km／h)。

2計(jì)算結(jié)果

2．1保險(xiǎn)杠的變形與破壞

圖2-5是保險(xiǎn)杠在不同時(shí)刻的應(yīng)力云圖，整個(gè)過程歷時(shí)0．03s，在0．014s的以前，保險(xiǎn)杠以14m／s做勻速直線運(yùn)動；在0．014s的時(shí)候，保險(xiǎn)杠中心的很小部分最先與剛性墻發(fā)生接觸，這個(gè)時(shí)候碰撞開始。隨后，隨著時(shí)間的增加，接觸面逐漸擴(kuò)大，而應(yīng)力也變得更加劇烈。由動畫演示觀察可知隨著碰撞的加大，在最先發(fā)生碰撞的地方的應(yīng)力越來越大。最終產(chǎn)生破壞一斷裂。

2．2保險(xiǎn)桿中心時(shí)程位移、速度、碰撞力曲線

由圖69可見：在碰撞運(yùn)動開始的時(shí)候，速度最大，碰撞力和位移都最小，隨著時(shí)間的增加，碰撞過程的發(fā)展，碰撞接觸面積的變化，相應(yīng)的位移值和碰撞力都同步增大，速度減小。當(dāng)位移值達(dá)到最大時(shí)，速度值稍后才達(dá)到最小，而碰撞力則在此之前就達(dá)到最大值。其原因開始保險(xiǎn)杠與剛性墻之間有一段間隙，沒接觸前，保險(xiǎn)桿的速度是恒定的；接觸后，保險(xiǎn)桿發(fā)生變形，接觸面積的變化，使得發(fā)生碰撞沒多久，碰撞力很快就達(dá)到了最大，而此時(shí)由于墻壁阻力的作用，其速度在不斷的減小，變形的影響使得位移繼續(xù)增大，當(dāng)保險(xiǎn)桿到了最大變形時(shí)，位移也同時(shí)達(dá)到最大值。

根據(jù)能量變化曲線(圖9)，可以看出，碰撞結(jié)束后，保險(xiǎn)桿并沒有吸收完所有的能量，碰撞時(shí)候的結(jié)構(gòu)變形能量吸收尚不夠充分，但由于實(shí)際碰撞過程中碰撞時(shí)結(jié)構(gòu)變形能量并非完全由保險(xiǎn)杠吸收，車上的保險(xiǎn)杠是通過一定的連接方式與車架相連，車架、車頭也同時(shí)參與了吸收變形能量，因此本次計(jì)算得到的圖9曲線與保險(xiǎn)杠模型的建立方式有關(guān)。3分析結(jié)論與展望

通過以上的分析計(jì)算，可得到如下結(jié)論：

1)碰撞仿真是研究汽車碰撞安全問題非常有效的方法。

2)研究中獲得的一些參數(shù)的選用經(jīng)驗(yàn)，如材料模式、網(wǎng)格尺寸等與整車碰撞建模是一致的，這些經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)可直接用于指導(dǎo)整車碰撞仿真建模工作。

3)對汽車保險(xiǎn)杠的碰撞模擬仿真分析，可以得到保險(xiǎn)杠在碰撞過程中的動態(tài)變形信息，同時(shí)可以清晰的再現(xiàn)碰撞的整個(gè)過程，其能量的消耗和分布情況及失效過程，這些參數(shù)信息對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)盲目性都是很有益處的。可以為今后保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

本文的分析并沒有考慮網(wǎng)格密度對計(jì)算結(jié)果的影響，應(yīng)當(dāng)是變形越大的部位，網(wǎng)格劃分的越細(xì)；變形越小的部位，網(wǎng)格劃分的越粗，這樣不僅可以減少計(jì)算時(shí)間，同時(shí)得到的數(shù)據(jù)可以滿足要求。

本文研究汽車保險(xiǎn)杠的碰撞采用的方法是把保險(xiǎn)杠從整車中獨(dú)立出來，單獨(dú)進(jìn)行分析，但是這樣的計(jì)算結(jié)果還不能完全反映實(shí)際情況，所以在今后的研究中有必要進(jìn)行整車的碰撞模擬分析，但是整車的碰撞模擬仿真屬高度非線性課題，難度與復(fù)雜性都較大，同時(shí)在假人模擬、氣囊模擬、側(cè)面碰撞模擬等許多方面還有很多研究工作需要開展，這是我們今后努力研究的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧力強(qiáng)，林忠欽．國內(nèi)外汽車碰撞計(jì)算機(jī)模擬研究的現(xiàn)狀及趨勢[J]．汽車工程，1999，(1)．

[2]北京理工大學(xué)．ANSYS／I．S-DYNA算法基礎(chǔ)和使用方法[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1999．(end)