目  录

1 分析目的和意义... 1

2 使用软件说明... 1

3 整车参数... 1

3.1 整车基本参数... 1

3.2 有限元基本参数... 2

3.3 边界条件定义... 3

4 正面100%刚性壁障碰撞分析结果... 4

4.1 能量检查... 4

4.2 全局技术指标... 5

4.3 整车变形情况... 6

4.4 前纵梁变形情况... 7

4.5 B柱下方加速度... 9

4.6 A柱侵入量... 9

4.7 转向管柱侵入量... 10

4.8 踏板侵入量... 11

4.9 前围板侵入量... 11

5 总结... 12

6 误差分析... 12

 

 

1  分析目的和意义

在车辆的设计阶段进行车辆的碰撞仿真模拟，可以将车辆所需要的碰撞性能考虑在结构设计中，为顺利通过实车碰撞试验做一些先导性的工作，同时碰撞性能是国家相关安全标准所强制要求，准确的模拟碰撞过程，并将结果反馈设计部门，做好车辆的碰撞安全设计是出于对驾乘人员安全的考虑，同时，优秀的车辆碰撞性能也是车辆占有市场的重要的技术资本。

2  使用软件说明

在本次模拟中，主要使用了hypermesh前处理软件和Ls-Dyna求解器，hypermesh是世界领先的、功能强大的CAE前处理软件，由Altiar公司开发，目前在世界上的应用非常广泛。Hypermesh具有强大的有限元网格前处理功能，并且与众多的主流cae求解器具有良好的接口。LS-DYNA是一款功能强大的显式通用分析有限元程序，可以求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性问题。

3  整车参数

3.1  整车基本参数

  QQ基本参数如下所示：

表1  Q基本尺寸

车辆型号			Q
发动机型号			BG13-20
外形尺寸	长	mm	4140
	宽	mm	1590
	高（空载）	mm	1935
轴    距		mm	2760
前    悬		mm	650
后    悬		mm	725
轮距	前轮距（空载）	mm	1360
	后轮距（空载）	mm	1360
质量参数	整车整备质量	kg	1060
	整备状态轴荷（前/后）	kg	535/525
	整备状态轴荷百分比（前/后）	%	50.47%/49.53%
	满载质量	kg	1810
	满载轴荷（前/后）	kg	685/1125
	满载轴荷百分比（前/后）	%	37.85%/62.15%

 

3.2  有限元基本参数

本次根据项目组提供的Q整车数模、零部件明细表及质量、材料特性等数据进行CAE分析，考察整车100%正面刚性壁障碰撞安全性能。使用的主要材料有DC01、DC03、BLD、20#、B340/590DP、BUSD、ABS、PP等。模型基本参数如下：

表格2  Q 有限元模型信息

整备质量：	1080Kg	前排座椅R点：	X：1195  Z：616
假人质量：	驾驶员：75Kg   副驾驶：75Kg
总质量：	1230Kg	节点总数：	983019
单元总数：	889579	三角形单元总数：	31493（3.5%）

图1　整车有限元模型

图2   压溃空间计算： Crashable Space300mm

 

 

图3  白车身板材厚度分布（mm）

图4 开闭件板材厚度分布（mm）

3.3  边界条件定义

试验车辆以50的速度与固定刚性障碍壁表面垂直相撞。在本次模拟中，撞击接触方式为刚性墙，碰撞时速度为50  （沿x轴负向），碰撞角即垂直于壁障前表面的直线与车辆纵向行进方向线之间的夹角为0度，同时对整车模型施加向下的重力加速度g=9.81，如下所示：

 

重力g

地面

撞击速度：50Km/h

正碰刚性壁障

图5　QQ正面碰撞模型

4  正面100%刚性壁障碰撞分析结果

4.1  能量检查

碰撞过程中能量的变化以及质量增加情况是评价模型是否正确的重要指标。

表格 3  能量检查

检查项	计算结果	要求
沙漏能	1.78%	≤5%
能量比	1.00%	≤2%
质量增加	0.46%	≤5%
总能量（KJ）	123KJ	N/A
时间步长（S）	7.2E-7	N/A
检查结果	模型有效

 

图6 能量曲线

 

图7 质量增加曲线

4.2  全局技术指标

刚墙反力曲线反映碰撞过程中刚墙受冲击力的大小，同时也可以看出整车加速度的变化情况，如果刚性墙反力峰值过大，可能会导致车架乃至整车加速度过大，这对于乘员的保护是不利的。刚性墙最大反力为488KN，在35ms左右处出现，如下所示：

图8　刚性墙反力时间历程曲线

要满足碰撞法规试验的要求，从技术指标上来讲，就是使车体的碰撞性能及乘员的损伤指标都在一定的限制范围以内。其中，乘员头部、胸部等的碰撞加速度受车体碰撞加速度的影响较大。在生产实际中，降低车体碰撞加速度是设计需要重点考虑的一个方面。整车加速度峰值为40 g。

图9　整车加速度时间历程曲线

4.3  整车变形情况

碰撞模拟过程中各个时段的变形情况可以反映出整车在碰撞过程中的变形情况，0ms、20ms、40ms、60ms、80ms整车碰撞变形如下所示：

图10　0ms整车碰撞变形情况

图11　20ms整车碰撞变形情况

图12　40ms整车碰撞变形情况

 

图13　60ms整车碰撞变形情况

 

图14　80ms整车碰撞变形情况

4.4  前纵梁变形情况

碰撞过程中，前纵梁吸收了碰撞的大部分能量，为主要吸能部件，其变形情况如下：

图15  0ms前纵梁变形情况

图16  20ms前纵梁变形情况

图17  40ms前纵梁变形情况

图18  60ms前纵梁变形情况

图19  80ms前纵梁变形情况

4.5  B柱下方加速度

B柱下方加速度在碰撞过程中最能反应假人加速度状态，直接影响假人碰撞过程中的各项伤害值，是整车碰撞安全性能优化的重要指标。其峰值分别为39.5g 39.8g。

图20 B柱下端加速度曲线

4.6  A柱侵入量

在纵向冲击力的作用下，A柱主要承受与车辆坐标系XZ平面平行的纵向冲击力的作用，主要表现为纵向压缩的状况。

图21　A柱侵入量测量示意图

如图21所示，取门框上中下三处参考点，分别测出左右侧的AB柱间距变化量，来判断A柱侵入程度。

图22 左侧A柱侵入量

图23　右侧A柱侵入量

A柱侵入量总结：

表4 A柱侵入量/mm

		Left(mm)	Right（mm）
最大侵入量	Upper（L1）	23	12
	Middle (L2)	40	24
	Lower(L3)	48	34

4.7  转向管柱侵入量

转向管柱向上向后移动量过大，可能导致驾驶员头部、胸部等的伤害增加。

图24 转向管柱侵入量测量示意图

 

图25 转向管柱向上向后侵入量

转向管柱侵入量总结：

表5 转向管柱侵入量

	向上	向后
最大侵入量	36	35

4.8  踏板侵入量

在正面碰撞过程中，踏板侵入过大可能增加假人大腿、小腿、脚踝等的伤害。

图25 踏板侵入量

踏板侵入量总结：

表6 踏板侵入量

技术指标		最大侵入量/mm
加速踏板	向上	0
	向后	34
刹车踏板	向上	0
	向后	47
离合踏板	向上	8
	向后	32

4.9  前围板侵入量

在正面碰撞中，前围的侵入是造成假人胸部、腹部以及大腿受到伤害的重要原因之一，如果侵入量过大，则可能导致这些部位伤害过大。Q前围最大侵入量为139.5mm。

图26 前围侵入量位移图

5  总结

本文根据提供Q数据，进行了该车的正面100%刚性壁障碰撞安全性能分析，在分析过程中，严格按照项目组提供的数据，真实反映了实车的结构形式，根据项目组提供的材料特性、密度、质量设置参数等进行计算。

表7 总结

技术指标						目标值			分析值
						高性能值		低性能值
最大侵入量/mm	A柱侵入量			左边		100		200	48
				右边					34
	转向管柱 侵入量			向上		72		88	36
				向后		90		110	35
	踏板侵入量	加速 踏板		向上		向上：72 向后：100		向上：88 向后：200	0
				向后					34
		刹车 踏板		向上					0
				向后					47
		离合 踏板		向上					8
				向后					32
	前围					70		160	139.5
B柱下方加速度/g				左边		45		58	39.5
				右边					39.8
			优于高性能值		高低性能值之间		差于低性能值

6  误差分析

由于如下原因，分析存在误差：

A.   材料参数获取的实验误差；

B.   实际整车金属部件在成型加工过程中由于形状、表面积等的变化，存在局部材料特性与厚度的变化；

C.   其他输入数据误差；

D.   CAE分析计算误差。