车门内饰板总成乘员侧侵入碰撞有限元分析

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1 概述

在各种汽车碰撞事故中，汽车侧面碰撞事故发生率仅次于正面碰撞，其造成死亡和重伤的人数占交通事故死亡和重伤人数的23%^[1]。而汽车侧面碰撞主要靠车门内饰板总成和和乘员安全约束系统吸收能量，车门内饰板作为侧面碰撞过程中与乘员直接接触的部件，对于能量吸收、降低碰撞速度、降低乘员的撞击伤害具有重要作用^[2]。

    本文借助HyperMesh对车门内板总成进行前处理，运用RADIOSS求解^[3]，采用与试验条件一致的冲击头模拟假人撞击部位，即胸部、腹部和骨盆三个部位受碰，对比分析有无缓冲泡沫对车门内饰板总成的能量吸收，并且得出在溃缩空间范围内，胸部、腹部和骨盆碰撞对乘员的伤害值。

2 碰撞点选择及分析条件

根据GB 20071-2006^[4]建立直角坐标系（X、Y、Z）以及GB 20071-2006提供的EuroSIDⅡ型碰撞假人的技术规定及安放准则，可确定胸部、腹部和骨盆碰撞点位置，如图1中的A点（胸部）、B点（腹部）、C点（骨盆）所示。有限元分析采用与试验条件一致的冲击头，其质量为Kg，材料为7075铝，结构模型如图2所示。

3 有限元模型的建立

3.1 几何模型

车门内饰板总成装配体几何模型如图3所示，为了提高计算精度及计算效率，需简化原始几何模型，简化后的车门内饰板总成装配体如图2所示。

3.2 网格划分

根据模拟计算的精度要求，除了缓冲泡沫、冲击头为六面体实体单元，其余零部件均为中面四边形单元，单元尺寸为1~8mm，四边形单元数为176178，三角形单元数为5621，占总数3.1%，小于5%。

3.3 材料与属性

前门门框、缓冲泡沫定义非线性真实应力-应变曲线，计算中所使用的材料参数见表2。考虑碰撞中材料应变率的影响，因此，塑料内饰板定义不同应变速率下的非线性真实应力-应变曲线，如图4所示。

3.4 参数设置

    边界条件为前门门框外围固定约束；内饰板之间采用螺栓及卡扣方式连接；冲击头与车门内饰板、内饰板之间、内饰板与前门门框采用接触关系，车门内饰板之间的摩擦系数设定为0.1，冲击头及车门钣金与内饰板的摩擦系数设定为0.15。考虑到碰撞后缓冲泡沫可能破裂，在缓冲泡沫和钣金件之间设置侵蚀接触^[3]。

4 计算结果

4.1 胸部碰撞区域

由于内饰板之间卡扣连接方式过多，考虑缓冲泡沫与卡扣可能会干涉，因此，胸部暂无设置缓冲泡沫，胸部碰撞区域结果如图5所示，

由图5可以看出，当T=0.0043s时，内饰板溃缩空间为25mm，此时，胸部的最大冲击力为2144N，满足设计要求（在溃缩空间25mm范围内，内饰板冲击接触力≤3.0KN）。同时，碰撞吸收能量为29868N·mm。

4.2 腹部碰撞区域

由于扶手盒结构的限制，缓冲泡沫未能直接作用在腹部碰撞区域，因此，缓冲泡沫对腹部的吸能影响很小，腹部碰撞区域结果如图6所示，

由图6可以看出，当T=0.0104s时，内饰板溃缩空间为30mm，此时，胸部的最大冲击力为1301N，满足设计要求（在溃缩空间30mm范围内，内饰板冲击接触力≤2.5KN）。同时，碰撞吸收能量为16213N·mm。

4.3 骨盆碰撞区域

在骨盆碰撞相应的区域内设置了缓冲泡沫，对比分析了有无缓冲泡沫的情形下，内饰板冲击接触力和碰撞能量吸收的变化，骨盆碰撞区域结果如图7所示，

由图7可以看出，当T=0.0085s时，内饰板溃缩空间为25mm，此时，有无缓冲泡沫，骨盆的最大冲击力分别为834N、729N，满足设计要求（在溃缩空间25mm范围内，内饰板冲击接触力≤3.0KN）。同时，有无缓冲泡沫，碰撞吸收能量分别为7184 N·mm、5352N·mm，缓冲泡沫占内饰板总成吸收能量的34%。

5 分析与结论

运用HyperMesh进行前处理，RADIOSS求解数据可很好的模拟车门内饰板总成侧侵入碰撞，通过分析，车门内饰板总成侧侵入碰撞满足乘员伤害指标，且缓冲泡沫在骨盆碰撞中有很好的吸能效果，从而保证了产品的顺利开发。分析结论表明：

（1）缓冲泡沫在骨盆碰撞中占内饰板总成吸收能量的34%；

（2）在溃缩空间内，胸部、腹部、骨盆的最大冲击力均低于设计指标，满足要求；

    （3）骨盆碰撞中，骨盆最大冲击力远低于设计指标，因此，缓冲泡沫结构对内饰板总成的能量吸收还有很大的提升空间。

6 参考文献

[1] Paden M, Scurfield R Sleet D, et al. World report on road traffic injury prevention [M]. Geneva: World Health Organization, 2004:91-91.

[2] 陈卫，黎民.车门内饰板侧撞乘员保护性能设计研究[J]，2014，（03）：14-17.

[3] 欧贺国，方献军，洪清泉，等.RADIOSS理论基础与工程应用[M]. 北京：机械工业出版社，2013，（03）：301-305.

[4] B20071-2006. 汽车侧面碰撞的乘员保护[S].

[5] 曲杰，郑温洛，杨军.轿车车门内饰板总成侧面耐撞性试验研究及泡沫结构优化.2013第十六届中国汽车安全技术国际研讨会，2013，（06）：347-352.