山区公路混凝土护栏碰撞特性仿真分析

为探明山区公路上常用的间断式混凝土护栏及连续式混凝土护栏的碰撞特性,基于动态显式有限元方法及VPG软件,建立了完整的汽车-护栏-乘员-座椅-安全带一体化模型,对四种典型山区公路护栏进行了碰撞仿真分析。发现汽车撞击间断式混凝土护栏时,出现混凝土墩拌阻车轮的现象,甚至出现汽车的右前轮被护栏完全刮脱的情况,不仅假人头部及胸部遭受剧烈冲击,而且驾驶室变形严重;而汽车撞击连续式混凝土护栏时,车辆的左后轮出现了明显的抬高现象,表明车辆存在倾翻的趋势,但车辆尾部的高度变化曲线表明,车辆左后轮在抬高到一定高度后,将不再继续抬高,并逐步返回地面,说明车辆尾部的高度变化趋势是趋于稳定的;当护栏底部凸缘高为80mm时,出现前轮可以顺利爬上并溜下护栏斜坡,而后轮无法爬上护栏斜坡的现象;当护栏底部凸缘高为150mm时,则车辆的前、后轮均不能爬上护栏斜坡。结果表明,间断式混凝土护栏存在的主要问题是对失控车辆的诱导能力不足;连续式混凝土护栏存在的主要问题是护栏底部的凸缘太高,护栏的主要尺寸参数需要优化。

基于正交试验设计的间断式砼护栏研究

为设计出能满足碰撞安全要求的山区公路间断式砼护栏,联合应用正交试验设计方法及动态显式有限元方法,以乘员头部伤害指数HIC值为考核指标,对间断式砼护栏的设计参数进行了优化。采用正交试验表L25(56),对间断式砼护栏的6个设计变量进行了研究,其中,每个设计变量安排了5个水平,基于eta/VPG及ls-dyna软件平台及“汽车-护栏-乘员-座椅-安全带”一体化模型,共进行了25次仿真试验。模型中,汽车采用总重10000kg、重心高1212mm的大货车,其长×宽×高为8575mm×2445mm×3278mm,驾驶室内置自重78kg的50百分位成年男性假人,并配置1.2mm厚的三点式安全带。大货车以60km/h的速度、行驶方向与护栏纵向平面成20°的角度撞击砼护栏。最后,应用SPSS统计软件包,对仿真试验结果进行了方差分析,并据此确定了间断式砼护栏设计参数的最优结果。发现间断式砼护栏的6个设计变量中,只有砼墩长度、砼墩间距、下斜坡高度这3个变量为显著变量,应该选择其最好的水平,因为水平的变化会造成指标的显著不同,而对不显著的另外3个变量,则可根据工程需要来考虑其水平的选择。结果表明,只要设计参数合理,间断式砼护栏也可以在有较强吸能能力的同时,具有一定的引导失控车辆返回正确行驶方向的导向能力。

汽车-护栏系统耐撞性研究的有限元模型

为了建立汽车及公路护栏组成的复杂系统的耐撞性分析模型,基于VPG与LS-DYNA软件平台,应用标准化建模方法,即通过设定建模原则,在充分利用VPG内置的标准模型数据库如悬挂、轮胎、假人、安全带等各种模型的基础上,采用分块建模法,分别建立汽车、护栏、座椅模型,定义好各自内部的接触;并利用VPG的“export”功能,生成各自的DYN文件;再利用生成的DYN文件,就可组合出汽车-护栏系统耐撞性研究的各种中间环节的有限元模型,最终实现“汽车-护栏-乘员-座椅-安全带”系统模型的一体化。仿真分析与试验结果的对比表明,笔者建立的模型具有足够的可信度,适合工程应用,并给出了一个应用示例。

护拦防护重型车辆撞击的能力

应用LS-DYNA软件,研究了护拦防护重型车辆撞击的能力,得出了目前护拦存在严重安全问题的结论,为护拦设计技术的发展指明了方向:①在汽车撞击标准混凝土护栏的过程中,汽车与护栏之间的接触可能仅表现在汽车前轮在混凝土护栏坡面的爬行,汽车车体与混凝土护栏之间也许并不存在接触,即混凝土护栏的高度对预防汽车的侧翻基本不起作用,只有当侧翻已经发生后,汽车车体撞击到混凝土护栏上时,混凝土护栏的高度才对已经发生翻车的车辆的继续翻滚有抑制作用;②半刚性护栏防御重型车辆侧翻的能力远优于标准混凝土护栏,但目前半刚性护栏在重型车辆的重力作用下,被失控重型车辆压溃的可能性很大,表现出护栏的完整性不足;③要彻底解决失控重型车辆的安全性问题,有必要进一步完善护拦设计规范,并发展新的护栏防撞机理.

新型前纵梁结构碰撞吸能特性分析

为使汽车前纵梁在高速碰撞过程中吸收更多能量,减少人员伤害程度,将一种新型的螺纹剪切吸能结构应用于汽车前纵梁结构之中。给出新型结构的同时,利用斜刃冲击剪切板材方法对其吸能机理进行分析,结果表明能够满足不同质量和不同速度下的汽车碰撞要求。通过有限元方法,分析所研究的结构,其力学特性良好,能量可以被良好地吸收,结构简单,对于以更高的速度碰撞,预测其可行性。通过速度和减速度变化曲线,说明碰撞过程连续、平稳,造成的波动很小,降低乘员在碰撞过程中由于碰撞过程不平稳造成的损伤。

满足行人保护的汽车前端系统设计方法

随着对汽车安全性能的重视程度越来越高,汽车制造商也在不断改进车辆本身的行人保护性能,尤其是行人腿部碰撞保护。如何从概念设计到总布置设计全面考虑汽车前端系统的设计就显得尤为重要。文中通过研究小腿碰撞机理,得出相应的造型和总布置设计条件,并且指出EPP材料的应用能够显著提高小腿碰撞性能,更为有效的方法是采用薄壁钢结构,从而为汽车前端系统提供了设计参考。

前保系统行人保护小腿碰撞优化

某车需要增加配置在前端保安装两个倒车雷达探头,且该车目前设计状态无下支撑板,基于LS-DYNA软件进行分析该状态下小腿伤害指标胫骨加速度和小腿弯曲角在大多数碰撞点严重超标。经过分析是由于倒车雷达探头本身材料相对刚度较大,且在X向上的长度较长,严重削弱了小腿碰撞过程中的压溃空间。通过调整倒车雷达的布置位置和增加下支撑板的方式来降低保险杠前端的整体刚度来降低小腿的伤害指标,经过验证该方案最终满足行人保护法规的要求。

2020版E-NCAP MPDB碰撞研究

2020版E-NCAP将采用MPDB碰撞替代现行的ODB碰撞工况。为研究新工况下的车辆碰撞安全性,采用仿真分析手段,以不同重量的车型为研究对象,开展包括OLC、SD以及击穿罚分的分析,寻求相应的设计策略。研究表明:新工况对小质量车型及大质量车型的影响较大。针对分析结果,总结出相应的设计建议,为新车型的MPDB碰撞安全性能设计提供参考。