減速臺(tái)車波形發(fā)生器動(dòng)力學(xué)模型研究

黃超群

摘 要：文章將以減速臺(tái)車的波形發(fā)生器為研究對(duì)象，建立了其動(dòng)力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)該模型進(jìn)行了模擬驗(yàn)證，仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明該模型是有效的，可以用于后續(xù)的研究分析。關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器;動(dòng)力學(xué)模型;碰撞試驗(yàn)中圖分類號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-120-02

Abstract： In this paper， the waveform generator of the deceleration sled is taken as the research object， and its dynamic model is established. On this basis， the model is simulated and verified. The comparison of simulation data and test data shows that the model is effective and can be used for subsequent research and analysis.Keywords： Waveform generator; Dynamic model; Impact testCLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-120-02

前言

在汽車約束系統(tǒng)的研發(fā)過程中，需要大量的碰撞試驗(yàn)。目前，常用的碰撞試驗(yàn)方法是實(shí)車碰撞試驗(yàn)和臺(tái)車碰撞試驗(yàn)。實(shí)車碰撞試驗(yàn)費(fèi)用是非常昂貴的，動(dòng)則高達(dá)十萬(wàn)元，而且不能進(jìn)行重復(fù)碰撞;相對(duì)于實(shí)車碰撞試驗(yàn)，臺(tái)車碰撞試驗(yàn)成本低，而且其試驗(yàn)結(jié)果更快、數(shù)據(jù)更可靠并能重復(fù)碰撞試驗(yàn)。因此，模擬實(shí)車碰撞試驗(yàn)的臺(tái)車碰撞試驗(yàn)便成為了汽車約束系統(tǒng)研發(fā)中的一種有效手段[1，2]。

在模擬正面碰撞的臺(tái)車試驗(yàn)中，臺(tái)車模擬的是車輛車體的減速度曲線，其關(guān)鍵設(shè)備是波形發(fā)生器。本文建立了機(jī)械式波形發(fā)生器的動(dòng)力學(xué)模型，以鋼板為吸能材料，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比顯示該模型是有效的，可以用于后續(xù)研究分析。

1 波形發(fā)生器動(dòng)力學(xué)模型

臺(tái)車試驗(yàn)系統(tǒng)包含兩大部分：第一部分是吸能裝置，即波形發(fā)生器，用于產(chǎn)生碰撞過程中需要的減速度，吸能鋼板是產(chǎn)生減速度的最主要部件;第二部分是臺(tái)車框架，用于承載各試驗(yàn)樣品。臺(tái)車框架只作為試驗(yàn)樣品的載體，在碰撞中考慮其變形和吸能特性，但是其質(zhì)量和初始速度參與減速度曲線的生成，因此只將臺(tái)車簡(jiǎn)化為一個(gè)撞擊頭，通過質(zhì)量點(diǎn)來模擬臺(tái)車質(zhì)量，質(zhì)量點(diǎn)加在撞擊頭的質(zhì)心上。簡(jiǎn)化后的模型見圖1所示。

由于固定框架是不動(dòng)的，因此約束固定框架上柱銷的所有自由度;預(yù)緊移動(dòng)架上的柱銷只能沿著固定框架前后移動(dòng)，釋放柱銷撞擊方向的自由度;臺(tái)車框架只有撞擊方向的位移，約束臺(tái)車撞擊頭其他方向的自由度。鋼板與柱銷之間、鋼板與撞頭之間的接觸定義均為面-面自動(dòng)接觸，選用接觸摩擦系數(shù)為0.03。

波形發(fā)生器的吸能鋼板材料為國(guó)標(biāo)冷軋鋼板，規(guī)格：2500 mm×1250 mm×3 mm，使用時(shí)將其切為寬度為80mm的鋼板。該鋼板為拉延性能較好的薄低碳鋼板，故采用分段線性塑性材料模型MAT24 MAT_PIECEWISE_INEAR _LAST ICITY來描述，由于鋼板經(jīng)受高速?zèng)_擊，所以必須考慮應(yīng)變率的影響，設(shè)VP=1。材料參數(shù)如表1所示。

2 動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證是指通過仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比來修改和完善計(jì)算機(jī)仿真模型。由于鋼板的變形及臺(tái)車碰撞過程本身的復(fù)雜性，離開了模型驗(yàn)證環(huán)節(jié)很難保證計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的真實(shí)性、可靠性和精度，并且模型校驗(yàn)直接關(guān)系到仿真結(jié)果能否為試驗(yàn)提供有效的指導(dǎo)。

為了便于試驗(yàn)，同時(shí)為了保證試驗(yàn)設(shè)備安全，設(shè)置臺(tái)車

碰撞初速度為30 km/h，鋼板長(zhǎng)度全取1500 mm（防止鋼板完全脫離，損傷設(shè)備），共4塊，其中第一排放置2塊，第二排放置2塊。

圖2為仿真曲線與試驗(yàn)曲線的對(duì)比，由圖可見兩曲線在80 ms之前吻合都非常好，只是在碰撞要結(jié)束時(shí)仿真曲線保持時(shí)間較長(zhǎng)但下降較快?？偟膩碚f，仿真曲線基本能再現(xiàn)試驗(yàn)曲線，表明本文所建立的有限元模型是有效的，可以用于后續(xù)曲線再現(xiàn)的計(jì)算機(jī)仿真研究。

3 結(jié)論

本文建立了減速臺(tái)車的波形發(fā)生器的動(dòng)力學(xué)模型，并通過模型驗(yàn)證，結(jié)果表明，該模型是有效的，可以用于后續(xù)的研究分析。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛如海，穆青，陳曉東.汽車模擬碰撞吸能器的仿真分析及試驗(yàn)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27（4）：324-327.

[2] 胡玉梅，曾繁林，張科峰，丁良旭，王欣.臺(tái)車試驗(yàn)中鋼板布置的研究[J].汽車工程，2012，34（6）：496-501.