汪威威 李文峰

摘要：本文利用三維繪圖軟件及LS-dyna對(duì)某汽車防撞鋼梁進(jìn)行了模擬碰撞試驗(yàn)，分析了低速碰撞情況下不同防撞鋼梁厚度的模擬結(jié)果。結(jié)果表明1.5mm厚度的防撞鋼梁為該款汽車的推薦厚度。

關(guān)鍵詞：防撞鋼梁;厚度;LS-DYNA;碰撞模擬試驗(yàn)

在對(duì)交通事故的研究發(fā)現(xiàn)汽車追尾碰撞占了較大的比例。因此，研究汽車防撞結(jié)構(gòu)的碰撞特性具有非常重要的意義。

目前，汽車碰撞安全性的研究主要采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)車實(shí)驗(yàn)的形式，成本高且重復(fù)性差。因此，計(jì)算機(jī)模擬汽車碰撞成為汽車碰撞研究的重要手段。本文根據(jù)GB17354-1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件，應(yīng)用三維繪圖軟件建立了某轎車的防撞系統(tǒng)的三維模型，利用LS-DYNA對(duì)防撞鋼梁進(jìn)行了計(jì)算機(jī)碰撞仿真研究，評(píng)價(jià)了其防撞性并研究了主要的影響因素。

1.碰撞模型的建立和分析

在建立分析模型時(shí)參考了某車型的防撞結(jié)構(gòu)，并為了方便有限元分析，對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

1.1 力學(xué)模型

分析模型首先在三維繪圖軟件Solidworks中完成后導(dǎo)入ANSYS中。在建模中，支架之間的連接關(guān)系，處理為共節(jié)點(diǎn)連接;碰撞體為實(shí)體結(jié)構(gòu)。

1.2 單元與網(wǎng)格劃分

防撞鋼梁為鋼板鍛壓卷曲完成，因此可以采用SHELL163薄殼單元，其算法選用Belytschko-tsay屈服應(yīng)力與應(yīng)變率關(guān)系可表達(dá)為：

1.3 定義接觸面

接觸采用自動(dòng)單面接觸方式，靜摩擦因素為0.1。

1.4 約束條件

按照17354-1998，擺錘質(zhì)量為1300kg，碰撞方向初始速度為1100m/s，其余方向?yàn)?。

假設(shè)車體在碰撞過(guò)程中不發(fā)生后移，防撞鋼梁支撐處約束了6個(gè)自由度。

2 .模擬結(jié)果與分析

2.1 防撞鋼梁厚度為2mm時(shí)的模擬結(jié)果

在碰撞100ms時(shí)的變形情況如圖1，可以發(fā)現(xiàn)橫梁在受到很大的沖擊力，發(fā)生了塑性變形。

圖1? 100ms后的塑性變形

為了更好的研究防撞鋼梁在碰撞過(guò)程的塑性變形過(guò)程，在ANSYS對(duì)模型的后處理結(jié)果進(jìn)行分析。圖2所示為防撞鋼梁在100ms的位移量最大的節(jié)點(diǎn)為427。該節(jié)點(diǎn)的最大位移量為74.5mm，低于國(guó)標(biāo)中防撞梁與車體的安全距離，不會(huì)對(duì)車身造成損傷，因此該防撞鋼梁的安全性能較好。

圖2? 100ms時(shí)保險(xiǎn)杠的位移圖

2.2防撞鋼梁厚度為1.2mm和1.5mm時(shí)的對(duì)比結(jié)果

圖3 所示為防撞鋼梁位移量最大的427節(jié)點(diǎn)的位移變化曲線。

圖3? 為防撞鋼梁位移量最大的427節(jié)點(diǎn)的位移變化曲線

由圖可以發(fā)現(xiàn)，厚度為1.2mm的防撞鋼梁塑性變形最大，達(dá)到108.6mm（大于安全標(biāo)準(zhǔn)100mm），不滿足國(guó)家保準(zhǔn)。

3.總結(jié)

防撞鋼梁的厚度在其安全性上扮演著重要的角色，厚度為1.2mm的防撞鋼梁不滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，而且1.5mm的防撞鋼梁設(shè)計(jì)最接近安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，該汽車的防撞鋼梁最小板層厚度推薦為1.5mm。

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