基于整車變形和加速度曲線的正碰對(duì)標(biāo)分析

趙文娟 徐莉 李文鳳 孫凌飛 李素霞

摘 要：整車結(jié)構(gòu)碰撞仿真分析一直是各大汽車企業(yè)著重發(fā)展的方面，整車碰撞分析模型的精確程度直接影響到后續(xù)整車開發(fā)中的碰撞試驗(yàn)數(shù)量。一個(gè)好的碰撞分析模型能夠精確地反映出實(shí)際碰撞試驗(yàn)中的車體加速度、 乘員艙的侵入量等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：碰撞；對(duì)標(biāo)；加速度；變形

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

本文針對(duì)整車結(jié)構(gòu)碰撞分析模型的精確度，從整車關(guān)鍵零部件變形和加速度曲線兩方面考察模型的精確度，通過(guò)采用HyperMesh和Primer建立碰撞分析模型，使用HyperView對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)分析結(jié)果與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整車關(guān)鍵部件變形和加速度曲線等關(guān)鍵指標(biāo)的對(duì)比，探討影響分析精確度的影響因素，最終不斷提高正面碰撞分析模型與試驗(yàn)的吻合程度。一個(gè)好的碰撞分析模型能夠精確地反映出實(shí)際碰撞試驗(yàn)中的車體加速度、乘員艙的侵入量等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。為建立較為精確的碰撞分析模型，初始的整車對(duì)標(biāo)碰撞分析模型是必須的基礎(chǔ)，該模型建立于整車開發(fā)第一次碰撞摸底試驗(yàn)完成之后，與碰撞試驗(yàn)結(jié)果有較高的吻合度，使得在后續(xù)的開發(fā)中對(duì)碰撞分析結(jié)果有足夠的可信度。

一、模型建立

本文所述的整車碰撞分析對(duì)標(biāo)模型是基于整車第一版數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)布并完成首次碰撞試驗(yàn)后與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)。初始的整車碰撞有限元模型采用HyperMesh前處理工具進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后再導(dǎo)入Primer中進(jìn)行材料厚度設(shè)置、接觸設(shè)定、焊點(diǎn)及各種連接關(guān)系等的建模工作，同時(shí)根據(jù)CAD數(shù)據(jù)中的總成模塊設(shè)計(jì)原則，將整車模型分成多個(gè)子模型，最后通過(guò)*INCLUDE的方式將所有子模型匯聚成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的主模型。整車碰撞模型的細(xì)分主要包括：白車身BIW、門蓋系統(tǒng)、動(dòng)力總成系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、排氣系統(tǒng)、散熱器等）、底盤（車架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、行駛制動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和輪胎等）以及內(nèi)外飾（座椅、保險(xiǎn)杠、儀表板、內(nèi)外飾件和玻璃等）。

通過(guò)采用HyperMesh和Primer建立整車模型，并且通過(guò)配重達(dá)到與整車試驗(yàn)一致的總質(zhì)量、整車質(zhì)心和前后軸荷等關(guān)鍵參數(shù)，完成模型的建立。

二、模型檢查

按照選定的試驗(yàn)樣車狀態(tài)，將CAE的模型做相應(yīng)調(diào)整，包括以下幾個(gè)方面：

1按照拆車過(guò)程中測(cè)量的各總成重量（包括發(fā)動(dòng)機(jī)總成，儀表板，傳動(dòng)軸，前后懸，油箱，輪胎，座椅，排氣系統(tǒng)，散熱器等），對(duì)整車CAE模型進(jìn)行重新配重，使得CAE模型中的總成重量和實(shí)際測(cè)得的重量保持一致；

2按照碰撞樣車在試驗(yàn)過(guò)程中傳感器的位置，調(diào)整CAE模型中各加速度傳感器的相應(yīng)位置；

3調(diào)試基礎(chǔ)模型，包括模型的邊界條件、焊接情況、是否有遺漏的零件、壁障、模型網(wǎng)格質(zhì)量檢查等，使得該模型的能量曲線、模型的敏感度和穩(wěn)定性都達(dá)到最優(yōu)；

4掃描試驗(yàn)車的BIW，為對(duì)標(biāo)參考做基準(zhǔn)；

5將整車正碰分析模型提交到高性能計(jì)算中心DYNA求解器進(jìn)行計(jì)算，得出仿真分析結(jié)果，采用HyperWorks的后處理工具HyperView以及HyperGraph進(jìn)行相關(guān)的變形分析和曲線分析。

三、對(duì)標(biāo)分析

1關(guān)鍵零部件變形對(duì)標(biāo)

對(duì)于正面碰撞，常常關(guān)注以下幾個(gè)零部件的變形：前防撞梁、吸能盒、前縱梁、防火墻、大地板、門框和頂棚。通過(guò)觀察實(shí)車碰撞后底盤關(guān)鍵部件的變形情況，如發(fā)動(dòng)機(jī)是否被撞裂，Mont點(diǎn)是否失效，傳動(dòng)軸的變形模式等來(lái)調(diào)整CAE模型中敏感度較高的參數(shù)，使得模擬結(jié)果與實(shí)際碰撞的變形結(jié)果吻合度在80%以上。將CAE模型中的計(jì)算結(jié)果和整車掃描模型進(jìn)行對(duì)比，兩者的吻合度高達(dá)80%以上，如（圖1）所示。

2車體加速度曲線的分析

整車碰撞的基本物理原理是牛頓第二定律，F(xiàn)=m×a，其中，m為試驗(yàn)整車質(zhì)量，a即為反映在車身上的加速度，F(xiàn)為碰撞中剛性壁障及車體傳力路徑上所傳遞的碰撞力；基于該原理，整車的加速度曲線為，a=F/m；車體加速度反映了車輛發(fā)生碰撞時(shí)發(fā)生的各個(gè)事件，通過(guò)加速度曲線的分析結(jié)合試驗(yàn)錄像以及仿真動(dòng)畫可以判斷各時(shí)刻車身發(fā)生的變形或發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)發(fā)生的接觸撞擊等事件。圖2為仿真分析與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)具體車型開發(fā)的整車碰撞對(duì)標(biāo)分析，通過(guò)使用HyperMesh和Primer前處理軟件建立正面碰撞模型，設(shè)置好相關(guān)的各個(gè)參數(shù)，并提交到的高性能計(jì)算平臺(tái)使用Dyna求解器進(jìn)行求解計(jì)算；根據(jù)對(duì)標(biāo)分析經(jīng)驗(yàn)得出以整車關(guān)鍵零部件變形和車體加速度為參數(shù)進(jìn)行對(duì)標(biāo)建模，使得碰撞模型不斷優(yōu)化并提高其分析結(jié)果的準(zhǔn)確精度，提高車型開發(fā)仿真工作的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]黃世霖，張金換，白遠(yuǎn)利.汽車正面碰撞法規(guī)中乘員保護(hù)指標(biāo)探討[J].公路交通科技，2004（01）.

[2]萬(wàn)長(zhǎng)東.轎車車身正面碰撞的計(jì)算機(jī)仿真[D].西華大學(xué)，2006.