不同重叠率下两车正面碰撞兼容性研究

本文以小型轿车与中型轿车、MPV、SUV、皮卡四种不同车型在不同重叠率下的正面碰撞有限元仿真为基础,选取小型轿车的前围板及A柱侵入量和乘员舱加速度作为衡量兼容性的参数,对不同车型与小型轿车在不同碰撞重叠率下的正面碰撞兼容性进行了研究,探究不同碰撞重叠率下影响正面碰撞兼容性的关键因素,为整车设计提供理论依据。     

某右舵车型正面碰撞优化分析

针对某右舵车型在正面碰撞试验中出现前围侵入、转向管柱、CCB位置侵入较大问题进行分析,并提出解决问题的优化方案。通过运用Hypermesh及LS-Dyna软件进行整车碰撞仿真分析,优化后前围等车身关键位置侵入量均得到改善,前围最大侵入量由原来的269 mm减小到223 mm,转向管柱后移量由94 mm减小到30 mm,结果表明:优化真空助力器及制动踏板的布置位置同时加强乘员舱结构的方案是合理的。     

考虑侧面碰撞分析电动车身B柱轻量化设计

B柱是车身发生侧面碰撞时,起到保护乘员的重要作用,在满足侧碰安全性的前提下,开展轻量化设计具有重要意义。根据侧碰安全性要求和人车相对位置情况,建立侧面碰撞仿真分析模型,选取B柱侧面5个重要位置点的侵入量和侵入速度,并对侧围局部总成的侵入量进行分析;在分析的基础上,采用等强度公式对材料进行优化设计,采用激光拼焊进行工艺优化设计;依托于成形性分析,对焊缝位置进行优化设计;对比侧碰工况下,优化前后B柱的安全性,以检验设计的可靠性;应用实车对设计方案进行验证。结果可知：车身侧围局部总成在侧碰发生过程中,最大变形的位置为B柱的D2位置,即人体的腰部位置,材料优化和结构设计时需要重点予以关注;采用激光拼焊设计,材料组合为上部DP780+下部DP590,上部的厚度为1.5mm,焊缝距底部380mm,满足安全性的前提下,实现轻量化减重24.4%;在侧面碰撞中,侧围局部总成侵入量由243.6mm减小至221.3mm,减小了10.1%,侵入量和侵入速度均有减小,碰撞安全性较原设计得到提升;实车测试结果显示设计方案是可靠的,侵入量和侵入速度最大值误差控制在5%以内;分析方法和结果为此类设计提供参考。     

基于Radioss的整车64km/h正面偏置碰撞性能优化

所述车型64 km/h正面40%偏置碰撞性能优化是基于Altair公司的Radioss求解器,通过建立包含假人和约束系统的有限元整车碰撞模型不断计算和优化来达成。假人伤害值优化从单纯的滑台模拟的基础上引入了实时的加速度、前围板侵入、踏板侵入等边界条件。约束系统与整车结构耐撞性得以同步进行分析和优化。分析结果表明:经过多方向优化,达到了整车碰撞性能开发在详细设计阶段预定的目标。     

基于汽车侧面碰撞安全性B柱结构优化设计

侧面碰撞是重要的汽车安全性评价指标,在汽车发生侧面碰撞时,B柱结构起到重要的缓冲吸能和保护乘员的功能。基于碰撞法规,对汽车侧面碰撞进行分析,采取补丁板结构对B柱进行优化设计。根据侧面碰撞工况特点,建立B柱、安装支架、台车等组成的碰撞模型,对比不同速度下B柱各测点的侵入量、侵入速度和变形量的变化;基于分析结果,对补丁板结构进行设计;对比分析优化前后各参数的变化;将设计方案应用于某车型的优化设计,并进行试验验证。结果可知:在B柱碰撞变形关键区域增加补丁板进行局部强化,B柱其它区域不做强化处理的方法实现轻量化设计;采用补丁板结构的B柱设计可在降低侧面碰撞侵入量的同时实现B柱轻量化效果,较原设计重量减轻29.2%,各位置测量点的侵入量最高减少18.6%(D4位置);将该补丁板结构应用于某车型改进设计,仿真计算与试验侵入量相对偏差小于5%,改进B柱结构后的轿车碰撞仿真模型也较为准确,侧面碰撞试验中改进后的被试品轿车各项乘员安全评价指标全部达到法规要求;对比结果表明设计方法的准确性,为同类设计提供重要参考。     

车对车小重叠正面斜角碰撞的仿真研究

为了研究两车发生小重叠正面斜角碰撞事故时车体的耐撞性,联合Hyper Works和LS-DYNA软件建立了两车以48 km/h呈15°角发生碰撞的有限元模型。通过对该种碰撞工况的仿真计算,从碰撞侧B柱下端加速度、前围板侵入量云图和车身变形三个方面进行分析,结果表明:乙车的车体结构耐撞性较甲车更差。     

基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构。根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计。并对优化设计前后总成的性能进行对比分析,选择正面100%重叠工况和40%偏置碰撞工况进行对比分析,获取加速度、承载力等变化曲线。结果可知:优化设计后横梁材料DP980D+Z,厚度1.3mm;吸能盒的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢DP780D+Z,厚度为1.6mm;轻量化后总成的加速度、侵入量、最大承载力均无明显变化,变化趋势基本一致;最大侵入量满足设计要求,最大承载力与实际值偏差为2.3%,满足要求;表明总成轻量化设计方案的可行性,为实际应用提供参考依据。     

弧边负泊松比结构试验与应用研究

以某弧边负泊松比结构为研究对象，进行静态压缩试验，对比分析试验与仿真的变形及载荷数据，试验与仿真承载力峰值误差小，整体变形形式一致，模型可靠。基于该结构建立填充芯，填充于某小型电动汽车前端结构，进行正面碰撞应用研究。通过B柱加速度、吸能量、前端压溃量、驾驶室侵入量等参数对比分析该负泊松比结构在纵梁前端、后端两种填充方式的差异；比较其与传统结构在后填充方式下耐碰撞效果的优劣。结果表明，纵梁后填充方式较前填充方式具有更加优越的耐撞应用效果，弧边负泊松比结构后端填充后，较传统结构可以在得到较低的加速度峰值的同时具有更少的驾驶室侵入量。     

某纯电动汽车实车碰撞安全性能的研究

基于某纯电动汽车正面碰撞的仿真分析后在座椅下方增加横梁的优化方案,对该纯电动汽车实车进行正面碰撞试验,分析了碰撞过程中驾驶员及乘员头部、颈部、胸部及大腿的受力情况,并对比了碰撞前后车辆的损坏情况。依据汽车正面碰撞的乘员保护国标要求,优化后车辆进行实车正面碰撞后驾驶员及乘员头部受力等评价参数符合法规要求、车辆状况符合法规要求,表明优化方案的有效性,提升了车辆的安全性,保护了乘员的生命安全。     

汽车车身偏置碰撞抗撞性分析与结构改进

针对某乘用车在偏置碰撞形式下的安全性问题,对车身前部关键部件进行改进,实现汽车前舱刚度匹配,使整体结构合理变形。通过对仿真结果的分析并针对原车耐撞性能的不足,在车身纵梁前部设计导引槽式吸能结构,以改进前纵梁吸能变形模式;增加A柱加强件的厚度,以提高车架纵向刚度和乘员舱的强度。仿真结果表明:在整车质量仅增加2.24 kg的情况下,改进方案有效地提高了整车的耐撞性,整车的加速度峰值降低了6 g,乘员舱的变形量有所减小。     

大客车前碰撞中驾驶员膝部气囊优化设计研究

在大客车前碰撞中,由于前围产生较大侵入变形,极易造成驾驶员下肢损伤。为减少驾驶员下肢损伤风险,设计了一种驾驶员膝部安全气囊,并采用计算机仿真方法对气囊进行了优化分析研究。首先,利用Hypermesh建立12 m大客车的有限元模型,并对其进行正面碰撞模拟,验证了客车模型的可行性,且得到驾驶员座椅下方加速度曲线。然后,用MADYMO动力学软件建立了该大客车驾驶员约束系统的前碰撞模型,模型包含客车驾驶舱、驾驶员座椅、三点式安全带、转向系统、和膝部安全气囊。进而将有限元客车整车正面碰撞模拟获得的加速度曲线作为MADYMO碰撞模型的输入载荷条件,分析了安全带和膝部气囊的八个设计参数对驾驶员下肢损伤的影响。最后得到膝部气囊点火时刻、膝部气囊拉带长度、膝部气囊排气孔面积系数三个主效应影响因子,并基于多目标遗传算法对其进行优化分析,优化结果使驾驶员下肢损伤风险得到了很大程度的降低。     

应用正交试验法汽车B柱轻量化设计分析

B柱是车身重要的承载结构件,对侧面碰撞安全具有重要影响,同时B柱也是轻量化设计的重要单元。根据B柱的结构特点和在车辆侧面碰撞中的结构形态,搭建B柱侧面碰撞仿真分析模型;根据分析结果和零件的可制造性分析,基于正交试验法对B柱的材料和厚度进行设计,并根据乘员的相对位置对激光拼焊的焊缝进行设计;根据侧面碰撞的侵入量和侵入速度对比,选出最优激光拼焊设计方案;基于侧面碰撞分析模型,对轻量化设计前后B柱的安全性进行对比分析。结果可知:随拼焊线向底部移动,危险区域的最大减薄率并不是线性增减,在可选取范围内将焊缝位置确定为距离底端380mm的位置;B柱选择拼焊板结构,下部材料为DP780,厚度为1.8mm,上部材料为DP590,厚度为1.6mm;采用激光拼焊结构的B柱重量减轻23.1%,各位置测量点的侵入量最高减少18.6%(D4位置),满足结构耐撞性的要求。     

纯电动汽车尾部耐撞性优化设计

针对纯电动汽车尾部耐撞性要求,采用结构拓扑优化和正交试验设计相结合的方法,以国内某款纯电动汽车为实例,通过建立车尾拓扑优化模型,有限元模型,尺寸优化模型,在满足碰撞安全性法规前提下,以实现最优整车加速度和汽车尾部吸能区吸能量为两个优化目标,对纯电动汽车尾部进行优化设计,最终得出合理的优化构型,实现对电动汽车尾部耐撞性的优化设计。     

含乘员约束系统的轿车正面碰撞计算机模拟计算

以某车型轿车为对象建立了整车有限元模型,在此基础上集成了包括假人和安全带的乘员约束系统有限元模型.按国家标准<正面碰撞乘员保护的设计规则>规定的试验条件,对整个集成系统进行了正面碰撞的数值模拟和分析,求解出了整车的位移、速度、加速度、能量及人体模型的伤害值,实现了对该车正面碰撞过程及碰撞性能的较全面且较可靠的评价.     

连续变截面板(TRB板)在汽车前纵梁中的应用及优化分析

汽车前纵梁结构设计不仅要满足整车布置和承载要求,还需满足耐撞性要求。为实现耐撞性和轻量化双重目标,在前纵梁结构中引入连续变截面板(TRB板),充分利用其材料特性,满足前纵梁结构的吸能与变形模式。分别对TRB板材和等厚板材结构件进行台车碰撞试验及有限元仿真分析;建立加速度和质量的多项式响应面模型,以最小加速度峰值为优化目标,对TRB板的薄壁梁尺寸参数进行优化设计。结果表明,相对于等厚板,TRB板材的薄壁梁结构变形量较小、加速度峰值较小,具有更好的耐撞性;优化后的薄壁梁质量减轻5.21%且加速度峰值减少1.63%,且响应面近似模型具有较好的预测精度。     

电动汽车正面碰撞结构耐撞性分析及优化

针对某电动汽车前机舱吸能不足,前纵梁后端抗弯性能薄弱等问题,参照法规及C-NCAP要求,运用Hypermesh和LS-DYNA软件建立了全宽正面碰撞有限元模型,并对该电动汽车前机舱进行了耐撞安全性分析.采取了“改变前纵梁内部加强板的位置、并改变相应焊点”的优化措施,对优化前后的机舱吸能、刚性墙撞击力、车身加速度、前纵梁抗弯性能等进行了比较.仿真计算结果表明:在几乎没有增加成本的前提下,该结构在优化后碰撞吸能提高3.5％,刚性墙撞击峰值力降低11.73％,峰值加速度降低3.8％,左纵梁后端抗弯能力提高28.6％,右纵梁后端抗弯能力提高4.7％,实现了良好的优化效果.     

基于HyperWorks的电动汽车前舱盖多目标优化设计

为了解决某电动汽车前舱盖质量轻量化、模态特性及行人碰撞安全之间的矛盾,运用HyperWorks软件对前舱盖进行了结构优化设计。首先,对电动汽车前舱盖进行了行人头部碰撞仿真模拟,计算出其头部损伤值HIC;其次,利用折衷规划法对前舱盖内板进行了多目标拓扑优化设计,并且对改进后的模型进行了碰撞仿真及结构强度验证;最后,运用自适应响应面法对前舱盖内、外板进行了多目标尺寸优化设计。优化结果表明:改进后的前舱盖总质量减少8.8%;其低阶固有频率值均大于共振频率;改进后的前舱盖HIC值为858.6,达到了我国行人安全保护法规的标准。     

汽车乘员舱安全性与舒适性多学科设计优化

概念设计阶段汽车乘员舱的安全性和舒适性设计是关键任务,两者具有耦合效应,将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中实现两个学科的并行设计。针对某款车的乘员舱布置,在该车100%正面碰撞试验基础上,通过乘员损伤分析软件建立该车的正面碰撞乘员约束系统模型并对模型进行验证用于评估其安全性;同时也基于关节强度的概念建立乘员舒适性模型。将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中,避免了传统设计方法对安全性和舒适性的单独优化,实现了两个学科的并行设计,缩短了开发周期,最大化了乘员舱的整体性能。为提高计算效率,通过试验设计构建乘员约束系统的Kriging近似模型用于代替仿真模型。结果表明,该方法在较好地满足乘员安全性的同时提高了乘员的乘坐舒适性,在乘员舱布置方面具有较强的工程实用性。     

铝合金骨架公交车侧翻安全性的仿真分析

建立了某12 m铝合金骨架公交车侧翻仿真分析模型,开展了车身铝合金材料6082-T6的单向拉伸试验,依据GB 17578—2013标准,利用LS-Dyna软件进行了系统侧翻仿真能量分析、地板某测量点加速度分析、生存空间侵入量分析和骨架变形分析。结果表明:该车身骨架加速度曲线变化较平缓,峰值不高,对乘员造成的冲击损伤较小,乘员生存空间未受到入侵,符合标准要求。左右侧围及顶拱和底架的部分梁部件,特别是局部铆钉连接处应力值过大,后续可进行加强设计。     

纯电动汽车侧面碰撞试验及仿真分析

根据GB 20071-2006法规要求,建立了某小型纯电动汽车和MDB的有限元模型,利用LS-DYNA进行车辆侧碰仿真分析,与该车侧碰的试验数据进行对比分析,验证了模型的有效性。分析B柱对应头部、胸部、腹部和盆骨的侵入量和侵入速度以及电池箱和变速器支架的应力云图,提出以高压线路的距离变化判断高压电路的安全性。结果表明,对应头部的过大侵入速度峰值会造成乘员头部损伤,电池箱不会损坏,变速器支架连接处可能发生断裂,高压电路不会产生断裂和短路。