減速臺車波形發生器動力學模型研究

黃超群

摘 要：文章將以減速臺車的波形發生器為研究對象，建立了其動力學模型，在此基礎上，對該模型進行了模擬驗證，仿真數據和試驗數據對比表明該模型是有效的，可以用于后續的研究分析。關鍵詞：波形發生器;動力學模型;碰撞試驗中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）01-120-02

Abstract： In this paper， the waveform generator of the deceleration sled is taken as the research object， and its dynamic model is established. On this basis， the model is simulated and verified. The comparison of simulation data and test data shows that the model is effective and can be used for subsequent research and analysis.Keywords： Waveform generator; Dynamic model; Impact testCLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-120-02

前言

在汽車約束系統的研發過程中，需要大量的碰撞試驗。目前，常用的碰撞試驗方法是實車碰撞試驗和臺車碰撞試驗。實車碰撞試驗費用是非常昂貴的，動則高達十萬元，而且不能進行重復碰撞;相對于實車碰撞試驗，臺車碰撞試驗成本低，而且其試驗結果更快、數據更可靠并能重復碰撞試驗。因此，模擬實車碰撞試驗的臺車碰撞試驗便成為了汽車約束系統研發中的一種有效手段[1，2]。

在模擬正面碰撞的臺車試驗中，臺車模擬的是車輛車體的減速度曲線，其關鍵設備是波形發生器。本文建立了機械式波形發生器的動力學模型，以鋼板為吸能材料，并進行了計算機仿真模擬，模擬結果與試驗結果對比顯示該模型是有效的，可以用于后續研究分析。

1 波形發生器動力學模型

臺車試驗系統包含兩大部分：第一部分是吸能裝置，即波形發生器，用于產生碰撞過程中需要的減速度，吸能鋼板是產生減速度的最主要部件;第二部分是臺車框架，用于承載各試驗樣品。臺車框架只作為試驗樣品的載體，在碰撞中考慮其變形和吸能特性，但是其質量和初始速度參與減速度曲線的生成，因此只將臺車簡化為一個撞擊頭，通過質量點來模擬臺車質量，質量點加在撞擊頭的質心上。簡化后的模型見圖1所示。

由于固定框架是不動的，因此約束固定框架上柱銷的所有自由度;預緊移動架上的柱銷只能沿著固定框架前后移動，釋放柱銷撞擊方向的自由度;臺車框架只有撞擊方向的位移，約束臺車撞擊頭其他方向的自由度。鋼板與柱銷之間、鋼板與撞頭之間的接觸定義均為面-面自動接觸，選用接觸摩擦系數為0.03。

波形發生器的吸能鋼板材料為國標冷軋鋼板，規格：2500 mm×1250 mm×3 mm，使用時將其切為寬度為80mm的鋼板。該鋼板為拉延性能較好的薄低碳鋼板，故采用分段線性塑性材料模型MAT24 MAT_PIECEWISE_INEAR _LAST ICITY來描述，由于鋼板經受高速沖擊，所以必須考慮應變率的影響，設VP=1。材料參數如表1所示。

2 動力學模型驗證

模型驗證是指通過仿真結果與實驗結果的對比來修改和完善計算機仿真模型。由于鋼板的變形及臺車碰撞過程本身的復雜性，離開了模型驗證環節很難保證計算機仿真結果的真實性、可靠性和精度，并且模型校驗直接關系到仿真結果能否為試驗提供有效的指導。

為了便于試驗，同時為了保證試驗設備安全，設置臺車

碰撞初速度為30 km/h，鋼板長度全取1500 mm（防止鋼板完全脫離，損傷設備），共4塊，其中第一排放置2塊，第二排放置2塊。

圖2為仿真曲線與試驗曲線的對比，由圖可見兩曲線在80 ms之前吻合都非常好，只是在碰撞要結束時仿真曲線保持時間較長但下降較快。總的來說，仿真曲線基本能再現試驗曲線，表明本文所建立的有限元模型是有效的，可以用于后續曲線再現的計算機仿真研究。

3 結論

本文建立了減速臺車的波形發生器的動力學模型，并通過模型驗證，結果表明，該模型是有效的，可以用于后續的研究分析。

參考文獻

[1] 葛如海，穆青，陳曉東.汽車模擬碰撞吸能器的仿真分析及試驗[J].江蘇大學學報，2006，27（4）：324-327.

[2] 胡玉梅，曾繁林，張科峰，丁良旭，王欣.臺車試驗中鋼板布置的研究[J].汽車工程，2012，34（6）：496-501.