不同厚度防撞鋼梁碰撞的仿真分析

汪威威 李文峰

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

關鍵詞：防撞鋼梁;厚度;LS-DYNA;碰撞模擬試驗

在對交通事故的研究發(fā)現(xiàn)汽車追尾碰撞占了較大的比例。因此，研究汽車防撞結構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驗室內實車實驗的形式，成本高且重復性差。因此，計算機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標準規(guī)定的實驗條件，應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對防撞鋼梁進行了計算機碰撞仿真研究，評價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

在建立分析模型時參考了某車型的防撞結構，并為了方便有限元分析，對一些結構進行了簡化。

1.1 力學模型

分析模型首先在三維繪圖軟件Solidworks中完成后導入ANSYS中。在建模中，支架之間的連接關系，處理為共節(jié)點連接;碰撞體為實體結構。

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屈服應力與應變率關系可表達為：

1.3 定義接觸面

接觸采用自動單面接觸方式，靜摩擦因素為0.1。

1.4 約束條件

按照17354-1998，擺錘質量為1300kg，碰撞方向初始速度為1100m/s，其余方向為0。

假設車體在碰撞過程中不發(fā)生后移，防撞鋼梁支撐處約束了6個自由度。

2 .模擬結果與分析

2.1 防撞鋼梁厚度為2mm時的模擬結果

在碰撞100ms時的變形情況如圖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程的塑性變形過程，在ANSYS對模型的后處理結果進行分析。圖2所示為防撞鋼梁在100ms的位移量最大的節(jié)點為427。該節(jié)點的最大位移量為74.5mm，低于國標中防撞梁與車體的安全距離，不會對車身造成損傷，因此該防撞鋼梁的安全性能較好。

圖2? 100ms時保險杠的位移圖

2.2防撞鋼梁厚度為1.2mm和1.5mm時的對比結果

圖3 所示為防撞鋼梁位移量最大的427節(jié)點的位移變化曲線。

圖3? 為防撞鋼梁位移量最大的427節(jié)點的位移變化曲線

由圖可以發(fā)現(xiàn)，厚度為1.2mm的防撞鋼梁塑性變形最大，達到108.6mm（大于安全標準100mm），不滿足國家保準。

3.總結

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準，而且1.5mm的防撞鋼梁設計最接近安全設計標準，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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