基于某轿车正面碰撞的A柱折弯分析与优化

介绍了汽车碰撞仿真的基本理论,按照中国新车评价规程（C-NCAP）规范,以A柱折弯程度为研究对象,建立了汽车整车有限元模型,采用LS-DYNA求解器求解,仿真分析了轿车正面碰撞后A柱的折弯程度,以降低A柱折弯程度为优化目标,分别对前纵梁、吸能盒、前围板以及A柱进行了材料和结构优化,对比优化前后的仿真结果,得知优化后A柱折弯程度显著降低,B柱下端加速度基本不变。     

车辆正面碰撞中乘员舱结构耐撞性研究

从安全角度考虑乘员舱是乘客的生命舱。利用HperWorks软件建立乘员舱正面碰撞仿真模型,依据乘员舱内部三维空间压缩量、左侧门框变形量、B柱加速度三个指标,分析乘员舱在正面碰撞中的耐撞性能。结果表明:在正面碰撞中,乘员舱在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向最大压缩量分别是233.66mm、49.67mm和222.61mm,三维空间压缩量在允许范围内,但在X轴、Y轴方向仍有优化空间。从左侧门框变形量、B柱加速度变化曲线分析,乘员舱的耐撞性能也符合C-NCAP的要求。     

改进响应面法在汽车正面碰撞被动安全性优化中的应用

通过对汽车正面碰撞有限元分析,显示存在加速度过大,前门框及前围板变形量过大等缺陷,需要进一步优化。为了提高整车碰撞性能,选取了对碰撞结果影响较大的8个零部件,分别以其厚度为设计变量,以右侧B柱加速度峰值为优化目标,应用拉丁超立方试验方法,选取17个样本点,应用改进相应面方法求出精度较好的二次代理模型,从而求出各部件的最佳厚度值。优化前后结果对比显示,右侧B柱加速度降低了约22.8%,前门框变形减小了约33.7%,前围板入侵量约降低了28.2%,均达到了预期目的,优化后更利于乘员安全。     

轻型校车A柱正面耐撞性仿真分析及优化

针对某轻型校车正面碰撞过程中前门变形超标的问题,通过使用Hypermesh和LS-DYNA软件进行整车建模和仿真,分析发现原车前端存在力传递路径不合理的问题,并据此对车身进行结构优化。结果验证显示,优化后校车A柱后移量明显减少,证明该方法可有效地提高轻型校车的耐撞性,对于同类车型的A柱耐撞性设计有较强的工程意义。     

纯电动SUV正面25%偏置碰撞仿真和优化

为研究某款纯电动SUV在正面小重叠碰撞下的安全性能,根据美国高速公路安全保险协会发布的测试规程,应用ANSA软件建立纯电动SUV正面25%偏置碰撞模型,利用LS-DYNA显式求解软件进行了计算。通过HyperView后处理软件分析了整车加速度、前围板最大侵入量、关键部件变形和吸能情况,发现该车型碰撞力有效传递路径为上纵梁传递到A柱,轮胎通过悬架系统传递到中地板边梁和门槛梁,而关键吸能部件(吸能盒和前纵梁)没有成为有效的碰撞力传递路径;乘员舱相关部件(A柱、A柱上边梁及中地板边梁等)刚度不足,该车型乘员舱变形严重。针对该车型在正面25%偏置碰撞试验中乘员舱变形严重的问题,从改善碰撞力传递路径和采用轻型铝合金材料以提高乘员舱刚度两个方面进行了优化。结果表明:整车碰撞安全性得到有效提高,乘员舱侵入量明显减小,前围板最大侵入量由246.59 mm减小到151.29 mm,降低了38.65%,结构评级由"差"提升到"良好"。针对提高乘员舱刚度后整车加速度峰值过大的问题,进行了L9(34)正交试验分析,得到了在前围板最大侵入量由151.29 mm降低到146.49 mm的前提下,整车加速度最大峰值由55.86g降低到44.77g的最优组合方案。     

两辆SUV乘用车侧碰耐撞性最差工况的判定

为了判定运动型多功能乘用车(SUV)受到同款车型以确定速度侧面碰撞时驾驶位附近车体耐撞性最差的工况,参考2018版中国新车评价规程(C-NCAP)中的相关要求,联合HyperWorks和LS-DYNA软件建立了两辆某款福特SUV侧面碰撞的有限元模型,仿真计算了撞击车在50 km/h的速度下以4种角度碰撞静止车辆侧面6个位置时被撞车驾驶位附近车体侧围构件的侵入量数据及其分布情况。结果表明:若两辆此款SUV发生侧碰且碰撞速度一定,则被撞车驾驶位附近车体侧围构件在碰撞角接近120°且碰撞位置处于法规侧碰处向前0~200 mm范围内的工况下所产生的侵入量最大,即被撞SUV驾驶位附近车体的耐撞性在这样的工况下显得最差。     

22MnB5对侧围A/B柱变形行为的影响

为给汽车安全部件的材质定义及应用热压成形技术提供数据基础,分析了某委托安全示范车辆使用B340/590DP与22Mn B5两种材料的变形行为。仿真中,以车身侧围A柱和B柱的安全碰撞性能的优劣为基本出发点,利用计算机辅助工程(CAE)软件。结果表明:对A柱加强板来说,在相同的边界条件下,使用22Mn B5合金比使用B340/590DP合金的乘员舱变化和A柱后移量都要小;对于B柱加强板来说,使用22Mn B5合金碰撞变形过程中5个不同位置的侵入量均小于B340/590DP合金,车体加速度变化不大,但侵入速度略高于B340/590DP合金。因此,合理控制安全框架的变形量、侵入速度,合理控制吸能部件的变形模式,能够有效地降低碰撞中假人的损伤风险。     

基于拼焊技术的轿车B柱耐撞性及结构优化设计

为提高某轿车侧面碰撞中B柱的耐撞性和实现整车轻量化,应用HyperMesh和LS-Dyna软件对该轿车B柱进行了碰撞仿真分析.针对碰撞中B柱对应胸部点的侵入量和侵入速度过大及质量大等问题,在兼顾耐撞性和轻量化的前提下,采用拼焊技术对B柱内板和加强板的结构进行了优化设计.试验结果表明,优化设计后的B柱最大侵入量减少13.0％,最大侵入速度减少38.8％,质量减轻5.8％.     

基于Kriging模型的汽车前部结构的耐撞性优化

以汽车前部结构丰要板件的厚度为变量,采用拉丁超立方试验设计生成100个汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据并进行计算,对计算结果应用Kriging模拟法构建了前部结构的质量、B柱加速度最大值和最大吸能的近似模型.以B柱加速度最大值为目标,以前部结构的质量、各板件厚度和最大吸能为约束,利用模拟退火算法进行全局优化,最终得到一组前部板件厚度的最优组合,使B柱加速度最人值达到最小.Kriging 模型的计算精度和效率满足耐撞性上程设计的要求.     

电动车仿生铝防撞梁耐撞性设计

利用仿生结构改变两座电动汽车铝合金前防撞横梁的截面形状,以提升电动汽车正面碰撞下的耐撞性。在Hypermesh平台上建立了前防撞梁全宽正面碰撞力学模型和防撞横梁的三点弯曲模型,对比了口字形、梯度形、蜗牛壳形、蜘蛛网形和胚胎球形5种截形防撞横梁的正面碰撞仿真结果及静态弯曲刚度。轻量化、吸能量、B柱加速度、弯曲刚度是衡量仿生防撞梁耐撞性能的4个关键指标。结果表明,具有胚胎球形截面的防撞横梁耐撞性更好。在胚胎球形截面对照方面,研究了不同胚胎球形数量和布置对碰撞仿真结果的影响,得出具有两个胚胎球形截面的防撞横梁耐撞性最优。通过采用两个球形防撞横梁的不同料厚组合,分析了料厚对碰撞结果的影响。     

基于Hypermesh的整车正碰分析

文章构建车辆的有限元模型,进行正面100%刚性壁障碰撞的模拟仿真,来分析车辆结构的潜在缺陷和合理性,主要内容为:(1)介绍整车中各个铰链以及加速度传感器的建立,对整车各个结构部件进行了连接设置,对整车的接触设置进行了说明,对材料的设置、刚性墙的建立以及控制卡片的导入进行说明。(2)利用Hypermesh和LS-DYNA对模型进行计算,利用HyperView查看输出结果。(3)根据仿真计算的数据,对模型的合理性进行评价分析,发现前围板入侵量和B柱右侧加速度的指标偏大,影响了汽车的安全性能。     

全铝车身电动轿车正面碰撞仿真和优化

为研究全铝车身电动轿车正面碰撞的耐撞性,应用ANSA建立了全铝车身电动轿车的有限元模型。依据C-NCAP对车身加速度、碰撞速度、车门变形量指标的规定,在LS-DYNA中对所建的全铝车身电动轿车的有限元模型进行了正面100%重叠刚性壁障仿真碰撞试验。试验结果表明:全铝车身电动轿车在正面碰撞过程中车身加速度大,在0.033 s时加速度达到最大值59.6g,高于C-NCAP指标中的目标值50g;前侧车门的最大变形量为41.72 mm,高于C-NCAP指标中的目标值40 mm。针对全铝车身电动轿车正面碰撞存在的问题,设计使用4因素3水平的标准正交矩阵,对全铝车身电动轿车的车身结构参数进行了优化调整。利用LS-DYNA依次进行仿真计算分析,确定了各因素对车身加速度影响的主次顺序;对仿真结果进行极差分析、方差分析和显著性分析,获得了最优方案,即前防撞梁厚度3 mm,吸能盒厚度3.5 mm,前纵梁厚度2.8 mm,前防撞梁材料7003。优化结果表明:与基础模型方案相比,优化后车身加速度降低了23.8%,前侧车门变形量减小了9.6%,增强了全铝车身电动轿车的耐撞性,为全铝车身电动轿车正面碰撞安全的设计与改进提供了依据。     

乘用车正面碰撞性能优化仿真研究

本文以某车型为例,利用Pam-Crash这一专业碰撞分析软件进行了正面碰撞仿真优化研究,提出了正面碰撞的评价指标,分别从纵梁能量吸收、B柱加速度、防火墙侵入量等方面着手,研究优化方案,仿真结果表明,改进方案有效提升了正面碰撞性能。     

基于侧碰耐撞性的B柱轻量化设计

研究了薄壁梁三点弯曲工况压溃力与材料强度和板厚的关系,并提出了一种B柱轻量化设计方法。对于B柱下端,侧撞时发生压溃折弯,可近似等效为三点弯曲工况,且用高延性高强钢代替普通的强度较低的高强钢,进行B柱下端的轻量化设计。至于B柱上端,因其侧撞时主要发生刚性转动,可等效为静力学问题,施加侧撞等效静载力,将B柱上端划分成N段,利用Optstruct软件对各段板厚进行优化。最后以某车型为例,将B柱上、下端优化方案导入整车侧撞模型中进行优化。结果表明优化后B柱关键部位的侵入速度和侵入量与原始设计几乎相当,证明该轻量化设计是有效的,优化实现了24%(1.9 kg)的轻量化效果,而其耐撞性不受影响。     

某车型正面碰撞结构优化

针对某车型在正面碰撞试验中出现踏板和转向管柱侵入量超标的问题,对其产生原因进行分析。运用Hypermesh及LS-DYNA软件进行整车碰撞仿真分析,提出拉平纵梁、在前围板与A柱间以及在前地板增加连接件和加强件的结构优化方案。优化后纵梁的变形模式及前围侵入量均得到改善,前围最大侵入量由原来的343 mm减小到219 mm。表明优化纵梁结构、提高乘员舱总体强度的方案合理,该设计理念和方法可为其他车型的结构设计提供参考。     

基于响应面和kriging代理模型的汽车B柱优化设计

为保证B柱耐撞性,同时减轻其质量以实现汽车轻量化,对某轿车B柱侧面碰撞进行了有限元分析.针对B柱外板、内板和两加强板厚度,设计了L16(45)正交试验,并由此进行仿真,得到胸部和腹部侵入量与侵入速度的数学代理模型.应用序列二次规划对B柱各板厚度进行优化,可知B柱质量减轻11.6％,在兼顾耐撞性的同时实现了汽车轻量化.     

基于近似模型的微型客车碰撞指标预测精度研究

用近似模型来代替真实模型可以减少大量的计算时间,保证优化过程的可行性,但需要保证近似模型的精度满足要求。近似模型精度越高,优化的结果可靠性也就越高。基于微型客车正面40%重叠可变形壁障碰撞有限元模型,选取车身前部对碰撞性能影响较大的10个板料厚度作为变量,把B柱下端加速度、总质量、仪表板管梁处侵入量、前围板转向柱孔处侵入量及下前围板离合器踏板处侵入量作为响应值。利用拉丁超立方试验设计方法选取70个样本点,建立了设计变量与响应的近似模型,比较了响应面、径向基神经网络、Kriging、正交多项式4种近似模型响应的误差散点图、平均相对误差和决定系数。结果表明:响应面近似模型和径向基神经网络近似模型在B柱下端加速度峰值、前围板转向柱孔处及下前围板离合器踏板处侵入量的预测精度未在可接受范围内;正交多项式近似模型质量响应精度较高,但其余各响应的精度并不能满足要求,且3种近似模型预测精度受响应量与变量的线性关系的影响明显;而Kriging近似模型各响应的预测精度均满足要求,受线性关系影响较小,故选择Kriging近似模型代替原模型。最后用粒子群算法对Kriging近似模型进行优化,结果表明:Kriging近似模型预测结果与有限元结果拟合精度高,其优化结果达到预期目标。     

轿车热冲压保险杠的柱类碰撞耐撞性

研究了汽车前保险杠与柱类物(如电线杆或大树的垂直硬物)耐碰撞性能。为降低保险杠的质量,某轿车采用了超高强度热冲压含硼钢。针对该类保险杠进行了落锤试验。用有限元模型进行了柱碰性能模拟,并分析了不同板厚的前保险杠耐撞性。选取了前保险杠的变形、受力及吸能3个参量作为柱碰过程的评判指标。结果表明:柱类碰撞时,对比原冷冲压保险杠,热冲保险杠的最大内侵量减小40 mm,最大承载力提高7 k N,最终吸能量提高0.1 k J。因而,热冲压保险杠具有更加优异的柱碰性能。     

基于J-C型材料模型的整车正面碰撞结构优化

根据拉伸试验结果,考虑应变率效应及温度效应,确定了B420LA及HC420/780DP材料的J-C型动态拉伸本构方程,并将这2种材料用于某款新能源汽车的前纵梁结构设计。基于LS-DYNA程序,采用数值仿真的方法,考虑整车正面碰撞工况前纵梁结构的变形模式及压溃吸能效果,对前纵梁结构进行了优化设计。结果表明,优化后的前纵梁压溃变形模式更好、吸能效果更优,左、右侧整车加速度峰值由58.1g与56.2g分别降为38.0g与39.2g,前围板过程最大侵入量由208.7 mm降低为182.2 mm,符合汽车正面碰撞工况研发的需要。     

材料应变率对汽车碰撞性能影响的研究

为研究材料应变率对整车碰撞性能的影响,建立了某微型车正面碰撞仿真有限元模型,对车身前部进行了考虑和不考虑材料应变率效应的正面碰撞仿真,并在碰撞变形、B柱加速度、碰撞力和碰撞能量等方面与试验结果进行对比,结果表明材料的应变率对整车碰撞性能的主要参数有较大的影响,考虑材料应变率效应的仿真结果与试验结果比较接近。