【doc】大客车车身骨架侧面碰撞模拟分析

【doc】大客车车身骨架侧面碰撞模拟分析 大客车车身骨架侧面碰撞模拟分析 大客车车身骨架侧面碰撞模拟分析 王守江马力姚晓璐朱品昌(武汉理工大学) 【摘要】阐述了汽车碰撞有限元法和接触碰撞系统,模拟了大客车与大客车侧面 碰撞,并从骨架结构变 形,乘员生存空间,碰撞能量,碰撞速度和加速度方面详细分析了撞击和被撞大客 车车身骨架碰撞安全性,提出 了提高大客车车身骨架耐撞性的方法. 【主 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 词】侧面碰撞被动安全客车 汽车结构在碰撞时的变形是一个瞬态的复杂 物理过程,它包含以大位移,大转动和大应变为特 征的几何非线性,以材料弹塑性变形为典型特征 的材料非线性和以接触摩擦为特征的边界非线 性.这些非线性物理现象的综合作用使汽车碰撞 过程的精确描述和求解十分困难.采用动态非线 性有限元法处理这些非线性问题十分有效,不仅 可以处理高速碰撞工程中复杂的边界条件和复杂 的材料本构关系,对接触滑移面描述也非常方便. 汽车侧面碰撞研究可分为汽车碰撞试验和计 算机仿真两种研究方法.虽然汽车碰撞试验是汽 车安全性研究中最可靠的方法,但由于碰撞过程 复杂,试验费用高,且 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与开发周期较长,因此 通过汽车碰撞计算仿真来指导和部分取代试验工 作,可以大大降低试验成本和缩短开发周期.在 汽车侧面碰撞计算机仿真研究方面,国外已做了 不少的工作,而国内这方面的研究相对较少且主 要集中在轿车和小客车等小型车辆上,尚未见到 对大客车侧面碰撞安全性仿真研究的相关报道. 本文以某国产8m撞击公交大客车和豪华12m 被撞大客车侧面碰撞为例,模拟了大客车与大客 车的侧面碰撞,并从侧面碰撞位置,骨架结构变 形,乘员生存空间,碰撞速度和加速度方面分别分 析了大客车碰撞安全性. 收稿日期:2007—10—18 上海汽车2008.2 1多物体接触碰撞系统 汽车碰撞过程是多个零部件的大变形和相互 作用的过程,可视为一个多物体接触碰撞系统. 图1所示两个物体的接触系统. 图1两物体接触系统示意图 图1中,用zx2tx 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示系统参考坐标系 ,表示第n个接触物体在时刻t的空间域, 则.和.分别表示第1个接触物体和第2个接 触物体在t=0时的空间域;和分别表示它 们在t=T时的空间域. 实际上,接触物体所占用空间域除了该接 触物体自身的空间域外,还应包括一部分边界 ? 17? , 域,,满足: =UF(1) 根据给定条件的不同,可将每个接触体的边 界f分为给定边界位移的边界域f,给定表面 力的边界域和发生接触的边界域rc3部分, 它们满足: F=,U,;U,:(2) 因此,研究大客车侧面碰撞接触问题实质上 就是研究给定的大客车各部件间的接触系统从某 一 参考时刻t=0到某一给定时刻t=T(T>0)时 域内的响应,即在给定表面力边界域.,上边界 力q和接触部件空间域.上体积力b条件下,求 解时域[0,T]内接触部件的位移场(,t). 2汽车碰撞有限元分析法 汽车碰撞过程的模拟分析实质上是要求解一 个给定初始条件和初始边界条件的偏微分方程, 其中动态接触边界条件在问题求解之前是未知 的,即问题的求解涉及到典型的动态接触问题,设 接触系统在时刻t占据空间域为,作用在接触系 统内的体积力,边界力,接触力及内应力分别为b, q,q和.则接触系统的运动满足: n』dO—n』dO,rsSq6ds—reSqds+ nfpatr6dO=0(3) 式中:,,为给定边界力的边界;F为接触边 界;为虚位移;为虚应变;JD为密度;Ot为加速 度.此外,接触系统还要满足给定的本构方程,初 始条件,边界条件和接触条件. 在有限元方法中,方程(3)又可表示为 MA(f)=P(t)+C(,)一F(,)(4) 式中:为质量矩阵;t为时间变量;A为加速 度向量;P为节点外力;C为节点接触与摩擦;F为 对应内应力的节点内力;为物体位移;Ot为一组与接触表面特性有关的变量;为一组与材料本构 关系有关的变量. 对于方程(4),实际上广泛应用显示中心差分 方法来求解.显示解法无需建立与求解联立方程 组,也不存在收敛性问题,计算速度快,稳定性高, ? 18? 且能自动控制计算时间步长的大小,保证时间积 分的精度. 3大客车与大客车侧面碰撞模拟分析 3.1侧面碰撞有限元模型建立 被撞大客车为一层半豪华大客车,车身外形 尺寸为(12000X2480X3400)mm,其底架为三段 式车架,总长为1.185万mm,前后两段纵梁为槽 型截面,中间段为矩形截面.撞击大客车为单层 公交客车,外形尺寸为(8100X2300X2900) mm,底架为长7665mm纵梁式车架,由2根冲压 成型的变截面槽型纵梁和6根横梁焊接而成.两 辆大客车前后围,侧围和顶盖等骨架结构由矩形, 槽型和L型薄壁管件焊接而成,壁厚为1.5mm或 1.75mm.侧面碰撞有限元模型计算规模为 13.35万个单元和13.O2万个节点. 按照侧面碰撞要求确立被撞大客车,撞击大 客车和刚性地面三者之间的相对位置关系,并定 义碰撞控制参数. 被撞击大客车初始速度为0,撞击大客车初始 速度为50km/h,方向垂直于被撞大客车车身纵向 对称面.撞击大客车与被撞击大客车间的最小距 离为10mm,前者纵向对称面与后者质心位置处 的横截面重合.撞击大客车和被撞大客车与刚性 地面间的距离均为2mm,以免发生初始穿透.模 拟碰撞时间设定为300ms.大客车与大客车侧面 碰撞有限元模型如图2所示. 图2大客车与大客车侧面碰撞有限元模型 由于碰撞过程中接触面的选取非常复杂且不 上海汽车2008.2 固定,所以本文碰撞接触方式为自动单面接触方 式,碰撞过程中自动搜索并检查是否穿透,动静接触摩擦系数分别为0.3和0.25.采用粘性阻尼沙 漏控制方法,粘性阻尼系数为0.1.地面附着系数 设为0.6.权衡计算时间和计算效率,最小时间步 长设为4.5e,6ms. 3.2计算结果分析 3.2.1车身骨架变形分析 图3,4分别为碰撞结束后,撞击大客车前部 车身骨架和被撞大客车车身骨架局部变形放大 图.变形结果显示,撞击大客车与被撞大客车碰 撞区车身各骨架构件变形均较大.前者最大变形 量为656mm,前围风窗横梁向后收缩变形,风窗 立柱中部向后弯折变形,驾驶员生存空间受到较 大影响,同时前部骨架变形可能会给驾驶员带来 严重伤害;后者最大变形量为830mm,撞击区车 身骨架变形严重,严重影响了被撞大客车中部乘 客生存空间,中门门框变形严重,难以正常开启, 给乘客逃离造成困难,地板骨架,侧围风窗和顶部 骨架出现不同程度的弯折变形和塌陷,但因被撞 大客车前部和后部远离碰撞区,因而驾驶员和后 部乘客损伤较小. 图3撞击大客车前部骨架变形 图4被撞大客车车身骨架变形 3.2.2速度和加速度分析 上海汽车2008.2 撞击和被撞大客车碰撞速度和加速度时间历 程曲线分别如图5,6所示.图5A和B分别为被 撞击大客车与撞击大客车质心处的速度曲线,图6 A和B分别为被撞大客车中门附近乘客座椅下地 板处和撞击大客车驾驶员座椅下地板处的加速度 曲线. 图5速度时间历程曲线 图6加速度时问历程曲线 结果显示,碰撞基本完成时间约为200ms,随 后两车一起平移并逐渐分离;碰撞加速度峰值分 别为89.4g和22.0g,出现时间为12ms和90ms. 可见,大客车与大客车侧面碰撞结束时间比轿车 侧面碰撞实验时间(约8Oms)长许多,被撞大客车 加速度峰值较高,因此碰撞区乘客受到的冲击更 大,极易受到严重伤害,而撞击大客车驾驶员座椅 地板处加速度峰值较小,可以满足一般碰撞安全 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 . 3.2.3碰撞能量分析 碰撞能量时间历程曲线如图7所示,图7A和 B曲线分别为碰撞动能和内能变化曲线.结果显 示:碰撞200ms内,碰撞动能减少了3.08E+5J, 内能增加了2.73E+5J,碰撞动能88.6%转化为 ? 19? 20864202 一目vu善一 图7碰撞能量曲线 内能,可见客车骨架吸能效果显着,且能量变化曲 线平滑,说明车身骨架刚度分布较合理. 4结语 分析结果显示,客车车身对侧面撞击较敏感, 缺乏吸收能量的变形距离,因而增强侧壁使承载 能力增强,可提高抗碰击能力,对翻转也有较好的 承受力. 鉴于目前国内尚无大客车侧面碰撞安全性强 (上接第3页) 余万元,节约投资2000余万元. 为充分利用社会资源和发挥协同效应,加速 实现自主品牌汽车和新能源汽车的产业化目标. 上汽集团与各地高校,研究院所还共建立了17个 产学研工程中心,为上汽的技术需求服务,培养专 业技术骨干,并把吸收先进技术和自主创新结合 起来,提高上汽技术创新能力和综合竞争能力. 5励精图治勾画自主创新未来蓝图 承前启后,展望未来,"十一五"期间,上汽集 团将进一步全力推进自主创新能力建设, 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 投 资18亿元分3期扩建技术中心,进一步整合国内 外技术资源,不断加强产学研合作,充分发挥与国 外技术中心的协同效应,力争到2010年建成国内 领先的汽车工程开发中心,为自主品牌发展提供 ? 20? 制性法规,对这方面的研究也较少,因此本文的研 究思想和具体实现方法对以后这方面的研究工作 有很好的参考价值. 参考文献 l中国汽车工程学会.汽车安全技术[M].北京:人民交通 出版社,2004. Abstract 'Ilhefiniteelementmethodofbuscrashandthe contactcollisionsystemareexpatiated.Bustobus sidecrashissimulated.Thebussidecrashsafety performanceisanalyzedfromtheaspectsofstructural deformation,passengerlivingspace,collisionener- gY,velocityandaccelerationofthebusframe.The methodtoimprovethesafetyofbusframesidecrash isputforward. 可持续的技术支撑,走一条起点高,技术新,管理 精,人才广的自主品牌发展道路. 通过构建有利高素质人才发展和适应跨文化 开发的人才管理模式,逐步形成上海汽车技术中 心的"高智力密集区"及其与泛亚技术中心,上海 大众技术中心和高校之间人才吸引,集聚和流动 的"磁力场".确立人力资源发展纲领,形成人员 结构合理,梯度,层次分明,有实战能力的科研团 队,特别是要形成一支由1000人组成的自主创新 人才队伍,使包括合资企业,海外企业在内的整个 上汽的技术开发人才达到4000人. "雄关漫道真如铁,而今迈步从头越".荣威 750是上汽自主品牌建设的新起点,是上汽自主创 新迈出的新步伐.上汽自主创新体系的建设和发 展更任重道远.尽管在前进的道路上会布满荆 棘,上汽在自主创新征途上还会经历艰难险阻,但 上汽人将义无反顾,勇往直前. (宗贡嗣) 上海汽车2008.2