1、汽 车 侧 面 碰 撞 有 限 元 分 析黄 虎 , 刘 新 田 , 章 佳 喆(上 海 工 程 技 术 大 学 汽 车 工 程 学 院 ,上 海 201620)摘 要 :首 先 根 据 现 有 的 某 车 型 ,建 立 汽 车 车 身 模 型 。 然 后 根 据 模 拟 仿 真 的 要 求 ,划 分 网 格 和 设 置 边 界 条 件 。 最 后 根 据 相 关 碰 撞法 规 要 求 ,结 合 企 业 及 行 业 设 计 标 准 ,进 行 汽 车 侧 面 碰 撞 模 拟 仿 真 。 根 据 仿 真 结 果 ,有 些 内 容 不 符 合 碰 撞 法 规 要 求 ,并 提 出 对 汽 车车 身
2、部 分 进 行 加 强 和 改 进 。关 键 词 :有 限 元 分 析 ; 侧 面 碰 撞 ; 模 拟 仿 真中 图 分 类 号 : U463. 82 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1006- 0006 (2008) 04- 0060- 03Ana lysis of Veh icle S ide Cra sh Ba sed on FEMHUAN G Hu, L IU X in2tian, ZHAN G J ia2zhe(Automotive Engineering College, Shanghai University of Engineering Science, Sha
3、nghai 201620, China)Ab stra c t: Firstly, car body model is built based on the existing vehicle in the paper. And then, meshing and settingboundary conditions are finished according to simulation need. Finally, according to crash regulations and design of companystandard and p rofessional standard,
4、vehicle side crash is simulated. After researching simulation result, some fall short of thecrash regulations. And Car body is imp roved and strengthened to meet the need of crash regulations.Key wo rd s: FEA; Side crash; Simulation汽 车 的 碰 撞 为 非 线 性 动 态 过 程 1 。 因 此 采 用 非 线 性 有 限 元 法进 行 研 究 ,与 传 统 方
5、法 比 较 ,该 方 法 考 虑 到 了 结 构 的 几 何 非 线 性 和 材料 非 线 性 。 它 将 连 续 的 空 间 系 统 进 行 离 散 化 ,能 够 得 到 各 个 部 件 中的 变 形 情 况 、 速 度 和 加 速 度 分 布 、 应 力 应 变 分 布 等 。 对 于 车 辆 局 部 ,结 合 多 刚 体 动 力 学 法 ,可 以 在 应 用 中 取 得 较 为 理 想 的 结 果 2 。1 基 本 理 论目 前 在 汽 车 被 动 安 全 研 究 领 域 ,应 用 比 较 广 泛 的 理 论 和 计 算 方法 由 美 国 Lawrence L ibermore国 家 实
6、 验 室 在 20世 纪 70年 代 研 究 提 出的 有 限 元 分 析 理 论 。以 下 简 单 介 绍 该 理 论 :设 一 个 位 于 固 定 坐 标 系 内 的 空 间 物 体 ,构型 为 B。 物 体 上 任 意 点 坐 标 为 X ( = 1, 2, 3) ,由 t = 0启 始 ,经 过 时间 t后 移 动 到 X ( = 1, 2, 3)并 形 成 构 型 b,如 图 1所 示 。图 1 坐 标 系 内 空 间 物 体 变 形F ig. 1 Sp ace M a te ria lD isto rtio n in F ram e o f Axe s由 于 整 个 运 动 系 统
7、 必 须 保 持 质 量 守 恒 ,得 到 运 动 微 分 方 程 ij, j + fi = a (1)式 中 , ij, j为 应 力 张 量 ; 为 物 体 密 度 ; fi为 体 积 力 ; a为 加 速 度 。质 量 守 恒 定 律 可 表 示 为 V = 0 (2)式 中 , V为 相 对 体 积 ; 0 为 参 考 密 度 。能 量 守 恒 方 程 为E = VS ij ij - ( p + q) V (3)S ij = ij + ( p + q) ij (4)p = - 13 ij ij - q = - 13 kk - q (5)式 中 , E 为 当 前 构 型 的 能 量 ;
8、 S ij为 偏 应 力 张 量 ; p 为 压 力 ; ij =1 i = j0 i j; ij为 应 变 率 张 量 ; q为 体 积 粘 度 。若 在 一 个 参 考 环 境 中 加 入 具 有 内 部 节 点 相 连 的 有 限 元 网 格 体系 。 那 么 它 的 节 点 位 置 随 时 间 变 化 的 关 系 为xi ( X , t) = xi X ( , , ) , t = kj =1 150 通 过3 结 论本 文 利 用 有 限 元 分 析 的 基 本 理 论 ,对 汽 车 车 身 数 模 进 行 了 网 格划 分 及 碰 撞 模 拟 分 析 。 根 据 仿 真 结 果 :
9、B柱 安 全 带 支 架 处 侵 入 量 过大 ,车 门 有 不 能 正 常 开 启 的 隐 患 , B柱 与 下 边 梁 连 接 处 的 侵 入 量 也 偏大 ,同 时 假 人 的 部 分 伤 害 指 标 达 不 到 法 规 要 求 ,需 要 进 一 步 对 车 身 结果 进 行 优 化 。根 据 仿 真 结 果 ,提 出 修 改 方 案 为 :采 用 新 材 料 和 优 化 地 板 横 梁 。参 考 文 献 : 1 王 琪 ,何 用 灵 ,刘 利 . 车 架 结 构 对 微 型 客 车 碰 撞 能 量 分 布 的 影 响 研 究 J . 汽 车 工 程 , 2006 (27) : 15 1
10、6. 2 AMBROSIO J A C. Contact and ImpactModels for Vehicle CrashworthinessSimulation J . Structural and M ultidiscip linary Op tim ization, 2004 (8) : 7386. 3 游 国 忠 ,陈 晓 东 ,程 勇 ,等 . 轿 车 B柱 的 优 化 及 对 侧 面 碰 撞 安 全 性 的 影 响 J . 汽 车 工 程 , 2006 (11) : 972 975. 4 游 国 忠 ,陈 晓 东 ,程 勇 ,等 . 轿 车 车 门 侧 面 碰 撞 有 限 元
11、模 拟 J . 中 国 公 路学 报 , 2005 (5) : 119 122. 5 颜 燕 子 ,张 龙 ,朱 西 产 . 汽 车 侧 面 碰 撞 法 规 的 研 究 与 分 析 J . 上 海 汽 车 ,2005 (12) : 36 40. 6 SH IN M K, PARK K J, PARK G J. Design of Experiment Based Analysis forSheetM etalB lanking ProcessesOp tim ization J . The International Journal ofAdvanced M anufacture Techno
12、logy, 2002, 19: 403 410. 7 HAMBL I R. Design of Experiment Based Analysis for SheetM etal B lankingProcesses Op tim ization J . The International Journal of Advanced M anufac2turing Technology, 2004, 19 (6) : 403 410. 8 吴 毅 ,朱 平 ,张 宇 . SUV车 侧 面 碰 撞 安 全 性 仿 真 研 究 J . 机 械 制 造 , 2006(7) : 31 33.(编 辑 姜
13、洪 君 )作 者 简 介 :黄 虎 (1950 - ) ,男 ,浙 江 人 ,高 级 工 程 师 。(上 接 第 56页 )门 ,该 电 子 节 气 门 和 现 有 系 统 结 合 工 作 ,如 电 脑 化 燃 油 喷 射 器 、 电 脑化 可 变 进 气 系 统 、 电 脑 化 怠 速 控 制 系 统 等 。5 展 望FlexRay是 许 多 公 司 正 在 评 估 的 一 种 通 信 协 议 ,目 前 大 多 数 汽 车生 产 商 都 支 持 FlexRay协 议 。 宝 马 、 戴 姆 勒 克 莱 斯 勒 、 通 用 和 大 众 都是 FlexRay联 盟 的 核 心 合 作 伙 伴 。
14、 大 多 数 高 级 会 员 都 是 汽 车 生 产 商 。联 盟 最 重 要 的 目 标 是 “ 使 FlexRay成 为 汽 车 业 的 实 际 标 准 ” 。 联 盟 的目 标 正 在 快 速 实 现 。 飞 思 卡 尔 半 导 体 和 皇 家 飞 利 浦 电 子 有 限 公 司( Royal Philip s Electronics)最 近 达 成 协 议 ,共 同 分 享 他 们 的 FlexRay技术 ,以 加 快 支 持 FlexRay的 半 导 体 产 品 的 面 市 。 双 方 现 在 都 授 权 对 方共 用 自 己 的 FlexRay协 议 引 擎 设 计 ,并 且 联
15、合 开 发 可 执 行 的 协 议 模型 。 飞 思 卡 尔 将 在 独 立 设 备 中 推 出 FlexRay协 议 引 擎 ,这 些 独 立 设 备包 括 : 16位 微 控 制 器 、 数 字 信 号 控 制 器 系 列 、 内 含 PowerPC核 心 的 处理 器 等 。 飞 利 浦 有 望 在 基 于 ARM的 整 个 汽 车 微 控 制 器 系 统 中 集 成FlexRay协 议 引 擎 。 根 据 FlexRay联 盟 的 网 站 信 息 ,宝 马 和 戴 姆 勒 克莱 斯 勒 有 望 在 未 来 几 年 内 ,将 FlexRay引 入 到 他 们 的 汽 车 系 列 中 。
16、可以 说 , FlexRay为 新 产 品 的 开 发 人 员 提 供 了 机 会 ,使 下 一 代 汽 车 变 得更 安 全 、 方 便 、 舒 适 和 可 靠 ,并 能 迅 速 完 成 组 装 。参 考 文 献 : 1 纪 光 霁 ,万 茂 松 . 汽 车 ECU 通 讯 新 平 台 FlexRay (V2. 1 )协 议 规 范 J . 汽 车 电 器 , 2006 (10) : 1 7. 2 JOSEF Berwanger,ANTON Schedl. Start: FlexRay hits the roadJ /OL ,AUTO2MOTIVE Design L ine, ( 2006
17、- 11 - 15 ) 2007 - 11 . http: / /www. automotivedesignline. com / howto /194400425; jsessionid =DNQO3ENZQ42FWQSNDLPSKH0CJUNN2JVN? pgno =1. 3 JOEL Shap iro. FlexRay: The Next Generation In - Vehicle Network J /OL ,Evaluation Engineering, ( 2005 - 05 ) 2007 - 11 . http: / /archive. evalu2ationengineer
18、ing. com /archive /articles/0305 /0305flexray. asp.(编 辑 郭 聚 臣 )(上 接 第 59页 )2)本 文 以 相 邻 两 挡 加 速 度 的 大 小 为 换 挡 点 ,并 据 此 建 立 了 理 论模 型 ,仿 真 结 果 表 明 理 论 模 型 是 正 确 的 。3)文 中 所 建 立 的 仿 真 模 型 在 准 确 验 证 了 理 论 模 型 正 确 性 的 同时 ,也 得 出 了 液 力 变 矩 器 在 最 大 效 率 时 的 换 挡 规 律 ,不 仅 满 足 了 乘 车舒 适 性 的 要 求 ,而 且 在 最 佳 燃 油 经 济
19、性 条 件 下 ,使 得 不 同 挡 位 下 的 驱动 力 达 到 最 大 。 这 为 进 一 步 研 究 换 挡 延 迟 等 提 供 了 理 论 支 持 。参 考 文 献 : 1 葛 安 林 . 车 辆 自 动 变 速 理 论 与 设 计 M . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 1993. 2 张 泰 ,葛 安 林 ,郭 立 书 ,等 . 汽 车 液 力 变 矩 器 与 AM T共 同 工 作 时 的 换 挡 规律 J . 农 业 机 械 学 报 , 2005, 36 (1) : 13 17. 3 田 华 . 液 力 变 矩 器 现 代 设 计 理 论 的 研 究 M . 长 春
20、:吉 林 大 学 , 2005. 4 朱 经 昌 . 车 辆 液 力 传 动 M . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 1993. 5 SHU IW EN Shen. Study on Intelligent Shift Strategy w ith the HumachineTechnology J . SAE 973279: 665 670. 6 余 志 生 . 汽 车 理 论 M . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 1996. 7 H IROSH I Yamaguchi. Automatic Transm ission Shift Schedule Control U
21、singFuzzy Logic J . SAE 930674: 1 077 1 088.(编 辑 郭 聚 臣 )作 者 简 介 :刘 军 (1967 - ) ,男 ,江 苏 靖 江 人 ,教 授 ,硕 士 生 导 师 ;陶 明 (1982 - ) ,男 ,江 苏 盐 城 人 ,硕 士 研 究 生 ;赵 闯 ,男 ,硕 士 研 究 生 ;厍 世 军 ,女 ,硕 士 研 究 生 。26拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 第 4期 2008年 8月 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
