偏置可变形壁障及其有限元模型的开发与验证

开发了一种供汽车碰撞试验用的偏置可变形壁障(ODB),该壁障由蜂窝铝块制造,且满足中国的《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护要求GB/T 20913-2007》法规。建立了基于壳单元的该壁障有限元模型。推导了异面压缩强度公式,用以指导试验。用准静态压缩试验,获得蜂窝铝物性参数。进行了台车高位水平杆及低位水平杆的壁障碰撞试验。在壁障的有限元模型中,添加了材料失效,使用弹簧单元,实现蜂窝铝内滞留空气压强效应的模拟。以壁障碰撞试验,验证该模型。结果表明:该模型可模拟面板及蜂窝铝的撕裂效果;仿真的力与变形的曲线波形及峰值与试验结果具有一致性。

汽车正面偏置碰撞可变形壁障壳单元有限元模型的开发与验证

汽车正面偏置碰撞可变形壁障的LS-DYNA格式有限元模型采用壳单元建模,能够比实体单元模型更精确模拟其局部变形,在保证计算效率的前提下提高仿真精度。该模型不仅能够满足ECE法规静压强度的要求,且对于比整车碰撞更苛刻的各种部件碰撞工况如平面墙撞击、半面墙撞击、低位水平杆撞击、高位水平杆撞击、垂直杆撞击等,也能够很好地贴近试验曲线。通过模型验算,并与国外某实体单元模型进行计算效率和计算精度的比较,验证了模型的正确性和有效性。

ODB工况下车体前纵梁路径变形模式控制方法及应用

在偏置变形壁障(Offset Deformable Barrier,ODB)工况下,因为壁障与车辆相对位置存在试验的允许偏差,导致前防撞横梁、吸能盒、前纵梁所受载荷在不同偏差位置下也各不相同,变形模式也可能产生差异,造成实际试验结果可能与计划不相符。在考虑试验偏差的情况下,详细分析前防撞横梁、吸能盒、前纵梁的力学特性,详述了各部品实现稳定变形模式的控制方法和应用结果。

某车型正面偏置碰撞中踏板侵入超标的优化

64 km/h 40%正面可变形壁障偏置碰撞是中国新车评价规则(C-NCAP)和欧洲新车评价规则(Euro-NCAP)测试重点考核的项目。为解决某车型在这种碰撞中存在的踏板侵入量严重超标问题,该文使用整车碰撞仿真模型,计算了踏板安装区域的变形程度,分析了机舱纵梁的变形模式,优化了车身结构,增大机舱左纵梁的吸能效果和优化变形模式,加强中央通道区域的强度。仿真验证的结果表明:优化后碰撞中,油门踏板后移量降低了48.5%,上移量降低了29.1%;降低了踏板安装区域结构的变形,降低了踏板侵入量。因此,该优化方案解决了踏板侵入量超标问题,提升了整车安全性能。

基于约束系统仿真分析的ODB碰撞台车试验设计

设计了一种偏置可变形壁障碰撞(ODB)台车试验,以有效代替整车偏置碰撞试验。针对某款长安乘用车,用Madymo模拟软件,建立该车型驾驶员侧约束系统的计算机辅助工程(CAE)仿真模型。完成与整车64 km/h的40%ODB试验的对标,模拟了HybridⅢ型50百分位假人在试验中的伤害参数。同时考虑了台车的初始固定偏转角度和台车加速度两个变量,用CAE仿真分析,确定台车车身设置最优方案与整车试验对比。结果表明:对于头部、胸部等关键部位的伤害曲线,该台车试验方法与整车试验相似度大于80%。从而,提供了一种用台车试验代替整车偏置碰撞的新方法。

用仿真方法评估偏置碰纵梁前段鲁棒性的研究

汽车偏置碰试验中纵梁前段变形的一致性反映了前部结构耐撞性设计的鲁棒性。文章就影响纵梁前段变形因素之一的可变形偏置壁障(ODB)进行研究:经过多个车型的实车验证和仿真模拟对比,发现如果用Solid ODB模型和Shell ODB模型仿真碰撞的结果纵梁前段变形趋势一致,且在试验偏差范围内移动ODB位置的碰撞仿真结果纵梁前段变形一致,那么实车试验时,纵梁前段鲁棒性表现会较好。可作为汽车前期设计的结构耐撞性鲁棒性设计CAE方法。

基于正面力传递路径的轿车车身结构耐撞性

为了提高整车安全性,研究了某轿车车身结构耐撞性。分析了整车正面碰撞过程中碰撞力传递路径,利用HyperWorks软件,建立整车有限元模型,对车身结构关键零件(前纵梁、保险杠横梁和冲撞盒)进行改进设计。利用LS-DYNA软件,根据中国新车评价规程(CNCAP)碰撞安全法规,进行了100%刚性壁(RGB)正面碰撞和40%偏置可变形壁障(ODB)偏置碰撞的数值仿真。结果表明:车身结构改进后,两种碰撞的前围板侵入量明显降低;两侧B柱加速度均减少;碰撞吸能增加(对100%RGB,增加9.8kJ;对40%ODB,增加3.3kJ)。

基于MPDB前排乘员调节的Thor与Hybrid-Ⅲ50%假人姿态差异对比

欧洲CNCAP确定2020年更改正面碰撞用假人,把目前广泛使用的Hybrid Ⅲ50%假人更改为50%的Thor假人。Thor假人更接近真人的损伤机理,在未来的正面碰撞中,使用Thor假人是一种趋势。本文基于Euro-NCAP中的移动可变形壁障偏置碰撞试验(简称MPDB)试验工况条件下,对比了Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人的头部、颈部、骨盆以及膝盖等部位的坐标,从而对比Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人的姿态。通过Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人空间位置的对比,为试验工程师做整车碰撞试验提供了参考依据。

一体式激光拼焊热成形门环的开发及应用

采用1000、1500和2000 MPa这3种强度的热成形钢板,设计开发了由5种厚度板料和2个补丁板经激光拼焊后一体化热成形的门环,并统筹考虑碰撞变形和吸能。对传统冲压-焊接的门环和一体式激光拼焊热成形门环分别进行了25%偏置碰撞和移动变形壁障碰撞的数值仿真,结果显示:25%偏置碰撞时,传统门环侧面变形最大侵入量大于190 mm,而一体式门环为166.313 mm,减少了14.4%,且一体式门环零件的变形侵入量小于传统门环;移动变形壁障碰撞时,一体式门环的变形侵入量略小于传统门环。一体式门环激光拼焊热成形后各区域性能均达到了设计要求,其中B柱上板Patch板强度达到1878 MPa,门槛加强板的强度达到1041 MPa,且韧性好;激光拼焊的5条焊缝强度均大于较弱侧基材的强度。相比于传统门环,一体式门环整车减重10.146 kg,减重率为20.6%;材料利用率由66.7%提升至71.19%;单车成本增加80元/车,但轻量化成本仅增加7.88元,为业内水平的1/3~1/2。