某商用車前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)碰撞分析

王占國(guó) 陳彥廷 馮佩

摘 要：文章選取了一種典型的商用車前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)前下部防護(hù)法規(guī)解讀，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式要求及實(shí)驗(yàn)要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通過(guò)加載與某實(shí)際工況完全相同的變形力，以驗(yàn)證前下部防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能否滿足實(shí)際工況需求，評(píng)價(jià)其設(shè)計(jì)的合理性，旨在提供一種前下部防護(hù)碰撞分析研究方法。

關(guān)鍵詞：前下部防護(hù);有限元;結(jié)構(gòu)尺寸;法規(guī);實(shí)驗(yàn);工況

中圖分類號(hào)：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-88-03

Abstract： In this paper， a typical commercial vehicle front underrun protection is selected. Through the interpretation of the regulation of underrun protection， according the requirement of the structure and experiment to set up the finite element analysis mode， By using Hyper Mesh， LS-DYNA， HyperView and other tools， By loading the same deformation force as an actual working condition to verify whether the strength of front underrun protection can meet the actual working conditions. Evaluate the rationality of its structural design， Aim to provide a method for collision analysis and research of front underrun protection structure.

Keywords： Front underrun protection; Finite element; Structure size; Regulation; Experiment; Working condition

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-88-03

前言

隨著道路交通的高速發(fā)展，在給我們?nèi)粘Ｉ顜?lái)便利的同時(shí)，交通事故的發(fā)生也逐漸頻繁，尤其是商用車在發(fā)生交通事故時(shí)帶來(lái)的人員和車輛損失往往是不可估量的，因此對(duì)于商用車增加前下部防護(hù)顯得尤為重要，結(jié)構(gòu)可靠的前下部防護(hù)具有一定變形吸能作用，在發(fā)生交通事故時(shí)不僅可以提供足夠的阻擋力，保護(hù)商用車車輛和人員的安全，還可以防止前方車輛鉆入商用車底部，從而在一定程度上減少前方車輛人員傷亡和車輛損失，具有非常重要的意義。

本文選取了一種典型的商用車前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)前下部防護(hù)法規(guī)解讀，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式要求及實(shí)驗(yàn)要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通過(guò)加載與某實(shí)際工況完全相同的變形力，以驗(yàn)證前下部防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能否滿足實(shí)際工況需求，評(píng)價(jià)其設(shè)計(jì)的合理性，旨在提供一種前下部防護(hù)碰撞分析研究方法。

1 分析目標(biāo)

選取商用車典型的前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)，校核其前下部防護(hù)裝置強(qiáng)度，以驗(yàn)證前防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及可靠性，評(píng)價(jià)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。

2 法規(guī)解讀

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸要求

根據(jù)GB 26511-2011《商用車前下部防護(hù)要求》法規(guī)要求，前下部防護(hù)應(yīng)對(duì)平行車輛縱軸的作用力具有足夠的阻擋力，也要滿足一些尺寸要求。

（1）對(duì)N2類車輛，橫梁的截面高度不小于100mm;對(duì)于N3 類車輛，橫梁的截面高度不小于120mm。

（2）橫梁兩端不應(yīng)有彎向前方且或有尖銳的外側(cè)邊緣，端部圓角半徑不小于2.5mm。

（3）橫梁外表面應(yīng)為光滑面，螺釘或鉚釘?shù)念^部凸出該表面的高度不大于10mm。

（4）前下部防護(hù)的最大寬度不可超出兩側(cè)前輪翼子板的外側(cè)寬度。前下部防護(hù)任一端的最外緣與同側(cè)前車輪輪胎最外端面（不包括輪胎的變形量）的橫向水平距離不大于100mm（如圖1），或與駕駛室踏步板的最外側(cè)點(diǎn)的橫向水平距離不大于200mm。

2.2 結(jié)構(gòu)尺寸要求

位于兩個(gè)P1點(diǎn)之外的前下部防護(hù)下邊緣的離地最大間隙可大于400mm，但應(yīng)在平面M以下。平面M是過(guò)P1點(diǎn)正下方的前下部防護(hù)下邊緣上的點(diǎn)與水平面成15°的向上斜面。（如圖2）

2.3 試驗(yàn)要求

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能快地施加作用力，車輛或裝置應(yīng)經(jīng)受住至少0.2s的作用時(shí)間。

工況1：對(duì)P1點(diǎn)持續(xù)施加相當(dāng)于車輛最大總質(zhì)量的50%的水平載荷，水平載荷最大不超過(guò)80kN。

工況2：對(duì)P2點(diǎn)持續(xù)施加相當(dāng)于車輛最大總質(zhì)量的100%的水平載荷，水平載荷最大不超過(guò)160KN。

P1，P2點(diǎn)位置參看圖3。加載頭的加載面高度不大于250mm（確切的高度由制造商來(lái)指定），寬度不大于400mm。

試驗(yàn)結(jié)果測(cè)量：在試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)完畢后，前下部防護(hù)前端面的各測(cè)試點(diǎn)到車輛最前端的水平距離應(yīng)不大于400mm。

對(duì)P2點(diǎn)施加相當(dāng)于該車輛或所考慮車型最大質(zhì)量100%的水平力，但不超過(guò)160KN，如果該裝置在梁P2點(diǎn)之間斷裂或凹入橫切面內(nèi)，則在P3點(diǎn)施加一與P1點(diǎn)作用力要求相同的水平力。

3 分析基礎(chǔ)資料及方法

3.1 材料及其屬性

3.2 計(jì)算工具

前處理：Hyper Mesh

求解器：LS-DYNA

后處理：HyperView

4 工況分析

選取總質(zhì)量為25t的車型，根據(jù)國(guó)家對(duì)前下部防護(hù)的具體試驗(yàn)要求，通過(guò)以下工況對(duì)前下部防護(hù)裝置進(jìn)行承載能力分析，考察結(jié)構(gòu)及承載能力，為設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)依據(jù)。

5 有限元模型建立

該前下部防護(hù)CAE仿真分析是基于Hyper Works工具的有限元分析，以殼單元仿真鈑金、四面體單元仿真鑄件。以Hyper Mesh 為前處理工具，求解器采用LS-DYNA，后處理工具采用HyperView。將前下部防護(hù)與車架相連，根據(jù)GB 26511-2011 標(biāo)準(zhǔn)，施加載荷。測(cè)試時(shí)應(yīng)盡可能快地施加作用力，車輛或裝置應(yīng)經(jīng)受住至少0.2s 的作用時(shí)間。

6 分析結(jié)果

如圖5所示P1點(diǎn)加載，右側(cè)整體結(jié)構(gòu)塑性應(yīng)變0.089，前防撞橫梁材料失效應(yīng)變0.08，最大塑性應(yīng)變集中在擋板邊緣，滿足要求。

如圖6所示，P1點(diǎn)加載X向變形28mm<400mm，滿足要求。

如圖7所示P2點(diǎn)加載整體結(jié)構(gòu)防護(hù)橫梁塑性應(yīng)變0.31，超過(guò)材料的失效應(yīng)變0.08，前防護(hù)橫梁壓潰，但不影響其結(jié)

構(gòu)性能，滿足要求。

如圖8所示，P2點(diǎn)加載X向變形37mm<400mm，滿足要求。

7 結(jié)論

通過(guò)以上分析方法及步驟對(duì)此車型前防護(hù)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度承載能力分析，結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)滿足法規(guī)要求。本文展示的碰撞分析方法為后期其他車型前下部防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校核提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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