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白车身正面碰撞滑车试验和CAE仿真

目前汽车碰撞试验方法有三类：①实车碰撞试验；②滑车模拟碰撞试验；⑧台架试验。其中实车碰撞试验和真实汽车碰撞事故情形最为接近，其试验结果说服力最强，是综合评价汽车碰撞安全性能的最基本的方法。其它两类试验都是以实车碰撞的结果为基础，模拟碰撞环境的零部件试验，但成本相对低些。本文是在文献做大全部生态[2]研究的基础上，利用文献中所论述的白车身CAE模型，也就是参考车CAE模型，创建基于LS．DYNA的白车身正面碰撞有限元分析模型进行CAE模拟仿真分析，根据仿真结果对前保险杆横梁，吸能盒和前纵梁进行了优化设计，并将优化后的CAE仿真值与滑车模拟碰撞试验结果进行对比分析，进一步验证了所创建的CAE模型的有效性。

1 创建白车身正面碰撞有限元模型

文献中的CAE模型是基于NASTRAN求解器。卜建立的，而本文的CAE模拟仿真是在LS．DYNA求解器中进行的，因此需要将它转换成基于LS．DYNA求解器下的CAE模型。白车身的单元质量已经符合碰撞模拟要求，可以直接利用，焊点需要进行转换，材料需要提供应力应变关系及扁顶针考虑应变率的影响。滑车刚度很大，试验时基本不变形，可模拟成刚体。白车身与滑车通过CONSTRmNED EXTRA NODES模型连接。本文衬衫的刚性墙、滑车和刚性连接片用20号刚性材料，车身钣金部分用24号多线性弹塑性材料。壳单元采用BT单元(2号单元公式)，并严格控制沙漏。白车身与刚性墙以及白车身内部零件之问的摩擦系数均为0．15。白车身与刚性墙问的接触采用 AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE类型，白车身内部零件之间的接触采用AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE类型，焊点与白车身间的接触采用CONTACT_SPOTWELD类型。通过给相关部位的节点赋质量的方式，调整白车身和滑车的质量及其质心位置，使其与试验时实车状态一致，因模型的总质量和质心位置直接影响分析结果。约束刚性墙所有查线器的自由度，滑车除X方向的移动自由度放开外，其余自由度全部被约束住。赋予白车身和滑车实际碰撞时的X负方向初始速度——34．2 km／h。图l是滑车碰撞试验CAE模型，所创建的滑车碰撞试验CAE模型如图l(a)所示，加速度计布置如图l(b)所示。

2 白车身正面碰撞滑车模拟试验

滑车模拟碰撞试验的目的是验证所建立的白车身正面碰撞有限元模型的正确性。试验时将白车身底部用两条方型钢管沿车身地板的加强纵梁焊接后锁付在滑车上，方型钢管前端这是很风险的1种情况对新兴国家出口比重也将大为提升与副车架焊接。确保车身引擎舱伸出滑车运载平台外嘶。运载平台有导轨导向，可确保平台沿水平直线运动。在车身A、B柱及中央通道中部安装三轴向加速度传感器，在车身左侧面、右侧嘶及顶部架设三台高速摄象机，在固定壁障上安装一块1 m高、2m长的测力单元墙。根据估算，设定本次碰撞实验速度为34．2 km／h。

3 参考车的CAE模拟仿真和优化设计

3．1 仿真结果

作为“可降解塑料的市场售价是普通塑料产品的2⑶倍新车设计的参考车型，有必要先对它进行CAE模拟仿真分析。分析结果表明，无论是左侧前纵梁还是右侧6订纵梁都是先压缩变形，接着发生叫品的弯曲变形，其变形如图2所示。这说明，前纵梁变形模式不合理。

前纵梁吸能的多少在很大稗度上影响着车辆完全正面碰撞性能，而前纵梁的变形模式影响保险杠着其吸能效果，碰撞时前纵梁溃缩的变形模式能吸收更多的能量，弯曲变形不利于能量的吸收，所以要尽量避免碰撞时结构发生大的弯曲变形。因此，需要对前纵梁进行优化设计。

3.2优化设计

根据以上前纵梁仿真时出现较大弯曲变形的特点，主要采取了以下几种优化方案：

1)前保险杆横梁和吸能盒采用更强韧的钢材：

2)对吸能盒及前纵梁上的变形诱导槽作适当修改，使其分布更加合理；

3)对前纵梁内部加强版的结构、位置和材料也作适当变更；

4)前纵梁内板改为前后两块板焊接，前后材料和厚度均不同；

5)前纵梁内外板改用不同的材料。

4 优化后的CAE模拟仿真和试验

优化后的前纵梁变形CAE仿真结果如图3所示，滑车模拟试验结果如图6(b)所示。由图可以看出，变形模式转变为溃缩模式，且两者吻合较好。

优化后的CAE模拟仿真过稗中系统能量变化曲线如图4所示。由图可知，总能量保持不变，沙漏能占总能量的比例不到l％，界面滑移能占总能量的比例不到2％，车身前端结构通过变形较充分地吸收了系统的动能。

碰撞过稗白车身与刚性墙间的X方向作用力的CAE仿真值和试验值对比如图5所示。由图可得，仿真值的峰值为330．5 kN，出现在26．5 ms时刻，而试验时峰值为3 13．1 kN，出现在30．4 ms时刻，峰值误差为5．56％。

前端总变形量的CAE仿真值和试验值对比如图6所示，误差为03％。

各测量位置加速度计最大加速度的CAE仿真值和试验值对比如表l所示。由表可知，最大误差为9.8 1％，仿真值和试验值能较好吻合。

5结论

1)通过上述6订纵梁变形模式、前端总变形量、刚性墙X方向作用力以及左右A、B柱和中央通道处加速度峰值的CAE仿真值和试验结果的比较，两者最大误差为9．81％，表明，所建立的白车身正面碰撞有限元模型是有效的；

2)利用CAE模拟仿真方法成功地对前保险杆横梁，吸能盒和前纵梁进行了优化设计，表明，CAE模拟仿真是研究汽车碰撞安全性问题非常有效的方法；

3)本文研究白车身正面碰撞，与整车正面碰撞有差异，但获得的一些经验和参数可以直接应用指导整车正面碰撞仿真建模工作。