【正文】 另一種是在縱梁上開一些控制變形的引導(dǎo)槽，來增加褶皺和壓潰變形，使彎折處的彎曲減少。 車身結(jié)構(gòu)改進方案 在車身碰撞模擬分析的基礎(chǔ)上，提出車身結(jié)構(gòu)改進的意見。 修改后模型，拐角12176。防撞梁應(yīng)力 無明顯應(yīng)力集中 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 40 對比結(jié)果及建議 修改模型 原模型 圖 模型沿 xy 方向入侵量圖 由圖 結(jié)果可以知道，由于原模型防撞梁拐角為 26176。 4） 材料屬性 表 原模型材料表 Mat Den (kg/mm3) T(mm) E(MPa) μ Y－Stress(MPa) 防撞梁 steel － 6 206 500 吸能盒 Steel 2 206 280 縱梁 Steel 2 206 385 拐角 26176。 3） 前縱梁前端 Z 向彎曲剛度 （ 1）邊界條件 約束及載荷情況如圖 所示： 圖 約束及載荷情況 實際測得值 =346 [N/mm] 期望值 500 [N/mm] 約約 束束 ?x ?y ?z Tx Ty Tz 加加 載載 Z = 2 000 N 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 35 （ 2）前縱梁前端 Z 向彎曲剛度計算結(jié)果 圖 計算結(jié)果 由上圖可知計算結(jié)果符合期望值，結(jié)果滿意?？v梁的吸能特性和變形模式將決定車體在撞擊時的加速度和力的相應(yīng)值，對 乘員保護有非常重要的作用。作用：向全社會提供公正、客觀、透明的汽車安全性能信息。 由于國外的 SUV 市場十分成熟，相反，國內(nèi) SUV 廠家生產(chǎn)的 SUV 均強調(diào)外形，而在功能上均與國外廠家產(chǎn)品無法比擬：缺乏 SUV 的 Offroad性能和安全性，更無智能四輪驅(qū)動功能，同時其內(nèi)部裝飾檔次低，空間利用率缺乏綜合考慮以及舒適性差等也是國內(nèi) SUV 的共同特點。由于隱式法每個計算周期的計算量大大超過顯式積分，所以現(xiàn)在隱式法的應(yīng)用一般限于材料的整個響應(yīng)比波傳播細節(jié)更為重要的一類問題。 jtx 表示單元第 j個節(jié)點在 i(i =1,2,3)方向上的位移。 in 為邊界 b? 外法向單位矢量 。 運動微分方程 設(shè)想在物體上取任意一閉合面 S, S面內(nèi)包圍的體積 V。 汽車碰撞屬于高速碰撞現(xiàn)象，描述這類現(xiàn)象的主要方法有 Euler法、Lagrange法和 ALE(Arbitrary Langrangian一 ulerian)法 。汽車中的大部分零件是采用金屬薄板沖壓而成，通常用殼體單元就能較好地描述其變形特征。這樣一來，一個問題的有 限元分析中，未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在各個節(jié)點上的數(shù)值就成為新的未知量 (即自由度 )，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。但能用解析法求出精確解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡單，且?guī)缀涡螤钕喈?dāng)規(guī)則的問題。下部定位是否符合柔性生產(chǎn)的要求（具有與現(xiàn)有車型相同的定位孔）吊具不同車型能混線生產(chǎn)（具有與現(xiàn)有車型相同的吊孔）掛吊的車身強度查核 ,重心核查。加密封簡單易行。 A. 定位孔盡可能在主平面上； B. 各定位孔盡可能互相平行； C. 定位型面盡可能要求在平面上，減少曲面定位，杜絕交接面定位。 圖 拔模角的選擇 造型不合理類 :在做產(chǎn)品造型時應(yīng)充分考慮到工藝的可行性，不能片面追R 2R 1R 3TA B拔模角6度0度A B度度上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 17 求形狀而忽略工藝，如： 造型復(fù)雜模具壽命低 圖 造型不合理 車身焊裝工 藝性 1） 沖壓件的可移性 零件的形狀易于被抓起和移位，不割手，不變形，不超重。根據(jù)仿真結(jié)果，結(jié)合試驗結(jié)論，找出了問題的根源，并提出了相應(yīng)的改進措施。 雖然計算機模 擬具有實驗無法比擬的優(yōu)越性，但由于計算機模擬方法所建立的汽車整車模型或部件模型，還有很多局限性，并不可能完全反映上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 15 真實的碰撞過程，所以計算機模擬現(xiàn)在并沒有完全脫離實驗或完全代替實驗。由于在實驗中，通常的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為光測量和電測員相結(jié)合的系統(tǒng)，費用很昂貴。早期的耐撞性研究主要采用試驗手段來進行。實驗裝置有射出式、 落下式和擺動式試驗機，可進行頭部沖擊試驗、胸部沖擊試驗、部件沖擊試驗等。根據(jù)這些目的，試驗方法可分為四大類：實車碰撞實驗、臺架沖擊實驗、臺車碰撞模擬實驗和靜態(tài)強度實驗。在低速碰撞時，變形以及變形力值都比較小，以保護行人或車輛自身 。 同時，隨著國家安全法規(guī)的實施，國內(nèi)有許多家 單位相繼成立了碰撞實驗室：長春國家汽車技術(shù)檢測中心、天津國家汽車技術(shù)檢測中心、上海市機動車檢測中心、湖南大學(xué)汽車碰撞實驗室等。 1992年湖南大學(xué)將 DYNA3D軟件引入我國，并應(yīng)用該程序進行了假人碰撞試驗的有限元分析。 國內(nèi)在汽車碰撞仿真方面雖然起步較晚，但是在引進國外的先進軟件之后，發(fā)展速度也是非常快的。早期的汽車碰撞研究主要是進行各種條件下的碰撞試驗，包括實車碰撞試驗和各類模擬實驗。同時計算機仿真技術(shù)可以為汽車安全部件生產(chǎn)廠家提供汽車被動安全性的資料。并且力爭在汽車新品開交通事故時，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進行保護，以免發(fā)生傷害或者將傷害減到最低程度的性能。 本文以 SUV車的正面碰撞試驗為例，利用 CATIA和 HyperMesh軟 件建立了由殼單元、梁單元、三維實體單元組成的整車有限元模型。因此汽車被動安全技術(shù)的研究己經(jīng)成為當(dāng)今世界汽車科技研究的一大嚴峻課題。 汽車安全性分為“主動安全性”和“被動安全性”。但實車碰撞實驗要在樣車生產(chǎn)出來之后進行，而且碰撞實驗是破壞實驗，這種“試錯性實驗”導(dǎo)致汽車設(shè)計周期長、費用高，不能在設(shè)計早期快速的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，所以碰撞實驗只能作為全面的最終質(zhì)量檢驗實驗，不適合開發(fā)階段需要。當(dāng)?shù)退倥鲎矔r，變形以及變形力值都比較小，以保護行人或車輛自身；當(dāng)發(fā)生中速碰撞時，變形應(yīng)盡量均勻，以最大限度地降低撞擊加速度峰值；當(dāng)發(fā)生 高速碰 撞時，為了阻止變形擴展到駕駛室，從懸架到車身前圍板之間 的變形應(yīng)急劇上升。根據(jù)建模的方法和功能不同，可以將這些軟件分成兩類：一類是 CVS（ Crash Victim Simulation）碰撞傷害軟件，主要模擬在汽車碰撞事故中乘員與環(huán)境的相互作用，以 CDL3D和 MADYMO為代表；另一類是采用顯示有限元理論建模，主要用來描述車身結(jié)構(gòu)的抗撞行，以DYNA3D、 ANSYS/LSDYNA和 PAMCRASH為代表。 動態(tài)非線性有限元方法適用于計算結(jié)構(gòu)變形，它能夠得到汽車各個部件在碰撞過程中的變形情況。目前，國內(nèi)使用的軟件有 MADYMO、 CAL3D軟件。 車身結(jié)構(gòu)的耐撞性研究 圖 車輛前部理想變形曲線 車身結(jié)構(gòu)耐撞性研究主要是研究轎車和微型客車的車身結(jié)構(gòu)對碰撞能量的吸收特性，尋求改善車身結(jié)構(gòu)耐撞性的方法，使得車身結(jié)構(gòu)在外力沖擊下能以預(yù)計的方式變形，其變形量能控制在一定的范圍內(nèi)。在汽車耐撞性的研究中，受技術(shù)要求、時間和資金的限制，通常在不同的研究開發(fā)階段，采用相應(yīng)的研究方法。 臺架沖擊實驗：臺車沖擊試驗主要用來模擬人體不同部位與車輛有關(guān)部件之間的碰撞。 靜態(tài)強度實驗：靜態(tài)強度實驗可代替一些動 態(tài)過程進行評價，但主要作為動態(tài)實驗分析的輔助實驗。 與實驗方法相比，計算機仿真有以下優(yōu)點： （ 1）所需周期短。實驗中要獲得較多的數(shù)據(jù)，就必須增加傳感器和高速攝像機的數(shù)量，而且傳感器的安裝位置要求以及不可攝像點的存在，有些數(shù)據(jù)是不可獲得的。 （ 2）對車輛碰撞分析的非線性動態(tài)有限元方法進行了比較系統(tǒng)的論述。減少卡模的可能性，也減少表面擦傷。夾緊面應(yīng)該設(shè)計成平面，以利于簡化夾具。 同一工位焊槍能達到所有預(yù)定焊點位置，不換或少換焊槍。符合模具包邊的要求。 件數(shù)目最小化。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同的形狀，因此可以模型化集合形狀復(fù)雜的區(qū)域。汽車碰上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 22 撞過程的仿真一般是基于有限元方法的空間域離散技術(shù)和基于有限差分法的時間域離散技術(shù)。但它是無條件穩(wěn)定 的，即仿真時間步長可以任意大而不會導(dǎo)致數(shù)值穩(wěn)定性問題。 Lagrange法描述的基本方程主要包括連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒方程。如果介質(zhì)內(nèi)各點之間的相對位移忽略不計 (根據(jù)小變形假設(shè) )，且以 i? 表示 S面內(nèi)某點的位移矢量，則根據(jù)牛頓第二定律有 : dVtdVfds iini ??? ???? 22 ???? ???????????????? ?? () 將 jjini n?? ? 代入，得 dVtdVfdsn iijji ??? ???? 22 ???? ????????????????? （ ） 利用高斯定理可得 dVxAdsnA iiii ?? ??? ?????????????????????? （ ） 上式可化為 dVtdVfx iijji ?? ?????? 22)( ???? ?????????????????? （ ） 由于 S面是任意取的，可令它收縮為一點，此時有 jjix??? if?? = 22t i???? ?????????????????????? （ ） 式 ，簡稱運動微分方程。1? ???????????????????????? （ ） 伽遼金法弱平衡可寫作 : 0)()()(33??????? ??? ??? ? dSxtndSxndVxfx iijb ijijijb ijiiijY ij ????????? （ ） 其中， ix? 在 2b? 邊界上滿足所有位移邊界條件。時間積分程序是大多數(shù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)程序的核心部分，這一課題已經(jīng)得到廣泛的研究。 4 SUV車的介紹與正碰校核及加強 產(chǎn)品市場定位與碰撞要求 根據(jù)某公司領(lǐng)導(dǎo)的指示，本車（ X22） 是一款細分市場的 SUV 車型，作為 X21 及 X23 的車型擴展，是一款中高檔 SUV 車。必須在 16km/h，50km/h 碰撞實驗中達標。在汽車碰撞中，典型的吸能部件吸能比例如圖 所示。 前縱梁彎曲剛度計算 前縱梁彎曲剛度計算 概述 應(yīng)用國際通用的有限元分析軟件 NASTRAN 對前縱梁彎曲剛度進行計算。 2） 結(jié)構(gòu)模型 原模型：前緩沖器和吸能盒參考現(xiàn)有數(shù)模建立 FE 模型，單元數(shù)量共22730 個，其中 quad 和 tria 共 22562 個， Rigid body 共 168 個，該模型未采用前艙，防撞梁拐 角為 26176。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 39 本 次分析按照法規(guī)要求采用滿載工況， Rigid wall 約束所有自由度，碰撞模型沿 X 向加載速度。 所以，根據(jù)以上分析結(jié) 果，建議采用拐角為 12176。 RX350 A A A SUV車 A’’ A’’ 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 45 圖 16km/h 碰撞示意圖 圖 碰撞結(jié)果 CAE圖 50Km/h 正面碰撞 模型 （ 1） 車輛整備質(zhì)量： 1820kg （ 2） 工況 1）壁障類型：固定剛性墻 2）碰撞速度： 50km/h 16 Km/h 40% 碰撞結(jié)果 :基本滿意 滿意度 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 SUV汽車正面碰撞以及行人保護加強方案設(shè)計 46 3）碰撞角度： 0 度 4）重疊： 100% 5）法規(guī)： GB115512021， NCAP 圖 50km/h 碰撞示意圖 前縱梁的變形過程如圖 所示。根據(jù)前面 SUV 車身整體碰撞特性的分析和改進原則，針對結(jié)構(gòu)上的一些缺點提出改進措施，來提高車身的碰撞安全性。 分析內(nèi)容 發(fā)動機罩和前窗在第一階段要求 兒童 /矮小成人頭部撞擊模擬器以 35KM/H 速度作用發(fā)動機罩表面，并強制要求傷害值，以 成人頭部撞擊模擬器作 用前窗作為監(jiān)測。好 中 好 中 中 中 中 好 中 中 中 好 差 好 中 滿意度 安全 安全 油箱 62 100 X（ Stat.） 前擋板最大侵入量 （ mm） 21 50 Z（ Stat.） 51 100 X（ Stat.） 油門踏板移動