汽车侧碰移动变形壁障有限元模型研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第９期　机械设计与制造　２００８年９月　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　一１ｌ７一　文章编号：１００１—３９９７（２００８）０９—０１　１７—０３　汽车侧碰移动变形壁障有限元模型研究冰　鸟秀春邵晓科裴洋赵洪波　（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，锦卅Ｉ　１２１００１）　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｏｖｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｉｎ　ｓｉｄｅ　ｉｍｐａｃｔ　ＷＵ　Ｘｉｕ—ｃｈｕｎ，ＳＨＡＯ　Ｘｉａｏ—ｋｅ，ＰＥＩ　Ｙａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ－ｂｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ　１２１００１，Ｃｈｉｎａ）　：。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。・。。。。。。。。・。。。。。。。。・。。。。。・。。・。。：　【摘要】《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准（ＧＢ２００７１－２００６）中明确规定，所有Ｍ　类车型和Ｎ　类车　ｉ型，都必须满足　惆圭的强制性规定。汽车侧面碰撞计算机仿真分析是汽车碰撞安全性研究的重要试验方　；法之一，而移动变形壁障模型是开展该试验的基本工具。按照法规中对移动变形壁障性能的要求及验证；　；试验的方法，建立了移动变形壁障的有限元模型，并进行验证试验的仿真，确定模型的正确性。　；　；　关键词：侧面碰撞；移动变形壁障；有限元模型；仿真　ｉ　；●　　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＧＢ２００７　１—２００６　Ｏｃｃｕｐａｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｄｅ　Ｉｍｐａｃｔ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｐｕｌｓｉｖｅ　ａｎｄ　ｅｘｅｃｕｔａｂｌｅ；●　　５ｔｎａｄａｒｄ　ｔｈａｔ　ａｌｌ　Ｍｌ　ｎａｄ　Ｎｌ　５ｔｙｌｅ　ａｕｔ。ｍｏｂｉｌｅ　ｍｕｓｔ。ｂｅｙ　ＳｉｍＭｌｔａｉｏｎｆｏｒｃａｒ　５ｉｄｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｓｉ帆ｅ　ｆｏｉｍｐ。ｒｔｎａｔ；　ｏ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｓａｆｅｔｙ．Ａｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｏｍｖｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｏｏｌｓ　ｏｆ　●　●　ｊ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ￡　ｐｅｒｆｏｒｍａ￣ｃｅ　ｏｆ　ｍｏｖｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　ｂａｒｒｉｅｒ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｉ　ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｒｅｇｕｌｔａｉｏｎ，ｔｈｅ　ｉｆｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｏｖｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ａｎｄ　；ｔｈｅ　５ｉｍＭｌａｔｉｎｇ　ｔｅ５￡ｉｓ　ｃｒａｒｉｅｄ。Ｍ￡　ｎ。ｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｒ　ｔｈｅ　ｃ。ｒｒｅｃｔｎｅ５５　ｏｆｔｈｅ　ｏｍｄｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｄｅ　ｉｍｐａｃｔ；Ｍｏｖｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ　ｂａｒｒｉｅｒ；Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　。。・。ｏ・。。・。ｏ・。。・ｏ。・。。・ｏ。・。。・。ｏ・。。・ｏ。・。ｏ・。。・。。・。ｏ・。。・。。・。。・。。・ｏ。・。。・。。・。。・。。・。。・。。・。。・。ｏ・ｏ。・。ｏ・。ｏ・。。・。。・。。・。ｏ・。ｏ・。。・ｏ。・。。・。。・。。・０　中图分类号：ＴＨ１６，Ｕ４６７，０２４１．８２文献标识码：Ａ　１言　言　位ｌ１ｌ。国家标准委员会年初发布的《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准　汽车侧面是整车中强度较薄弱的部位。对于在汽车中占比例（ＧＢ２００７１－２００６）７　１日起正式实施。标准中明确规定，所有Ｍ１　最大的轿车，因其侧面是车门，强度更为薄弱。对于轿车的侧部，　类车型（９座（以下）４轮（以上）载客机动车辆）和Ｎ１类车型（最　发生侧面碰撞时缓冲区较小，没有其前部、后部那样的足够空间　大设计总质量≤３．５吨的４轮（以上）载货机动车辆），都必须满足　发生结构变形及吸收碰撞能量，而且被撞部位与乘员的距离较　侧碰的强制性规定，Ｉ￣Ｊｔｌ：，汽车侧面碰撞安全性研究将成为汽车　近，易于伤害乘员。轿车在斜坡上或在转弯时发生侧面碰撞，还有　安全陛研究的一个新热点。利用计算机进行汽车侧面碰撞的仿真　可能引起被撞汽车翻倾。在每年的交通事故中，侧撞要占１，３左　分析是提高汽车侧面碰撞耐撞性的重要试验方法之一，其中移动　右，其致死率仅次于正面碰撞，而致伤率则超过正面碰撞居第一　变形壁障模型建立的正确与否直接影响侧面碰撞仿真的结果。　★来稿日期：２００７—１１－０２★基金项目：辽宁省自然科学基金（２００６１０７２）　，，，，，，，，，，，，’，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，＇，，，，，，，，　相同，则可直接调出历史案例的解决方案来解决新问题，而不经　同时，在分析飞机系统故障特点的基础上，把基于案例推理的技术　过修改；但若检索到的案例与当前案例不完全相同，则历史案例　引入到飞机故障诊断专家系统中，并探讨了这种咨询式的人机交互　的解决方案只能部分满足当前问题的求解，这种情况下就须调整　的ＭＤＥＳ结构以及实现策略。从中，我们可以看到：尽管在案例的　修改旧的方案来适配新问题。通常有两种适配方法，即置换和转　相似度比较和知识的表达方式还存在—些问题需要进一步探讨、优　移，本文采用了置换的适配策略，即求解方案的组成部分能被置　化和解决，但ＣＢＲ技术应用于飞机系统故障诊断是有效可行的。　换，替换的多少取决于选择的案例与当前解决问题的差异大小。　参考文献　４．４测试与存储　１杨占才．飞机航电设备综合智能故障诊断专家系统研究．测控技术，　通过匹配检索，找出相似案例并修改得出诊断报告后，若通　２００６，２５（４）：４～７　过实际测试方案正确则作为一个新的案例被存储在案例库中，若　２Ｙｏｏｎ－ＪＯＯ　Ｐａｒｋ，Ｂｙｕｎｇ－Ｃｈｕｎ　Ｋｉｍ　ａｎｄ　Ｓｅ－Ｈａｋ　Ｃｈｕｎ．Ｎｅｗ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｅｘｔｒａ－　不正确则继续调整、修改方案。　ｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｕｓｉｎｇｐｒｏｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃａｓｅ－ｂａｓｅｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｍｅｄｉｃａｌ　５结束语　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ．ＥｘｐｅｒｔＳｙｓｔｅｍ，２００６，２３（１）：２～１９　３王悦．基于案例推理专家系统中的案例表示方法．上海工程技术大学学报，　简述了专家系统应用于飞机武器系统故障诊断的重要意义，　２００５．１９（１）：４２～４６　维普资讯 http://www.cqvip.com

一１１８一　乌秀春等：汽车侧碰移动变形壁障有限元模型研究　第９期　２移动变形壁障的结构与性能　移动变形壁障是实车侧面碰撞试验的一个重要工具，用它来　如吸能块、车轮的建模；另一种为壳单元，如车架的建模。移动台　车模型以车架为基体，其他所有部件（除吸能块）通过刚性约束与　车架连接，使整个台车模型成为一个刚性的整体，如图８所示。　代替实车撞击试验汽车，因此，移动变形壁障的结构与性能要求　尽可能地反映真实汽车。鉴于其特殊性，法规中对移动变形壁障　的结构与性能都作了详细的规定。移动变形壁障由移动台车和变　形吸能块组成，外形尺寸，如图１所示，总质量为９５０￣２０ｋｇ，质心　在纵向对称面￣１０ｍｍ内。变形吸能块通常采用蜂窝铝块，其作用　主要是用来模拟实车前部的变形刚度，可以划分为由６个的　部分组成，其形状尺寸和位置，如图２所示。下层比上层要长是为　了模拟汽车保险杠突出部分。　图ｔ移动变形壁障外形尺寸　卜＿＿Ａ　一　截面Ａ—Ａ　图２变形吸能块形状尺寸和各部分位置　变形吸能块６部分的变形特性有各自不同的要求。吸能块变　形特性由撞击过程中载荷一变形曲线来描述，它反映了吸能块的　变形刚度日。载荷一变形曲线应满足一定的约束条件，法规要求吸　能块各部分及整体的载荷一变形曲线必须位于由相应的上下限组　成的带状范围内。其中第１和第３部分的要求相同，如图３所示；　第５和第６部分的要求相同，如图４所示。第２和第４部分分别　有各自的要求，如图５和图６所示。吸能块整体的要求如图７所　示。变形吸能块６部分及整体碰撞后的耗散能量也有各自不同的　要求：第１和第３部分的耗散能量应为每部分１０－￣２ｋ，］。第５和第　６部分的耗散能量应为每部分３．５￣１Ｊ（Ｊ。第２部分的耗散能量应　为每部分１４￣２ｋＪ。第４部分的耗散能量应为每部分４＋１Ｊ（Ｊ。此外，　为了避免碰撞试验时发生二次碰撞，影响试验结果，在移动台车　上一般还安装制动系统，在碰撞发生后一定时间内，移动变形壁　障即产生制动。　３移动变形壁障有限元模型　移动变形壁障的有限元模型可分为两部分：移动台车模型和　变形吸能块模型，整个模型采用两种单元类型：一种是实体单元，　盛Ｊｆ一　蕊一　Ｆ　ｌ０　５８　４３　０　图３吸能块１和３　ｋＮ）　ｄ　Ｆ　Ｐ　５　５　Ｑ　Ｑ　３０　２５．５　Ｐ－＂ｄ　豳圈　尺　尺３０　ｌ５．５　Ｓ　８　０　６０　ｄ　Ｆ　Ｇ　０　ｌ０　４０　Ｈ　ｌ６　７０　２０　，ｌ６　５０　Ｇ　Ｊ　３　０　０　Ｊ　１０　２０　３０　４０　变形ｅｌｌａ　图５吸能块２　力（ｋＮ）　６０　ｄ　Ｆ　４０　ｊｉ：５　５　３０　２８．５　２０　Ｍ　３０　ｌ８．５　Ⅳ８　０　０　丝　圈　圈郾　—　Ｍ　ｌ０　２０　３０　４０　变形ｃｎｌ　图６吸能块４　力（ｋＮ）　戮　掰　变形ｃｍ　图７所有块　图８移动变形壁障有限元模型　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．２００８　机械设计与制造　一ｌｌ９一　在移动变形壁障模型中，采用两种材料。整个移动台车模型　线（图略）。从各个吸能块上输出变形吸能块６部分各自的能量一时　采用刚性材料，因为在碰撞过程中台车不希望发生变形；变形吸　间曲线（图略）。　能块模型采用蜂窝铝材料。　４移动变形壁障模型的验证　移动变形壁障的性能主要是指吸能块的性能，吸能块采用不　同的材料和结构时其试验的结果是不同的。法规中要求对移动变　形壁障进行验证试验，使其性能满足具体的规定。　验证试验方法是：将移动变形壁障以３５￣２ｋｒｎ／ｈ的速度与刚　性壁障进行完全的正面碰撞，如图９所示。刚性壁障为—个钢筋混　凝土结构。至少宽３ｍ，高１．５ｍ，质量大约７０ｔ左右。前表面应该垂直　图１１验证试验仿真模型　地面，且垂直于滑道轴线，在其前面装有测力墙，测力墙由力传感器　组成，用来测量撞击时的冲击力。测力墙尺寸要求如图１０所示。在　跑道的最后部分，刚性壁障前，至少要有５ｍ水平、光滑路面。　表１模型和实车的质量及质心位置　删０±２０ｋｇ撞击平　华　昌　瑚湖挪　昌　∞如ｏ　９　８　７　一６　∞＿｛口５　眦）４　巡　３　２●０　稔　图９移动变形壁障验证试验　１５５０　豆　—　—　而——而—　一　时间（ｍｓ）　图１２移动壁障位移一时间曲线　ｉｏ　ｆｏ　｛０　ｏ。　１０　ｏ　０　星Ｊ一曼～　撞击区　地面图１Ｏ测力墙尺寸　为了证明移动变形壁障有限元模型的正确性，需对此模型进　时间（ｍｓ）　行验证试验的仿真。将仿真得到的移动变形壁障的变形特陛曲线　和耗散能量与法规要求的相比较，以检验模型的正确性。　图１３移动壁障速度一时间曲线　在Ｐａｍｖｉｅｗ软件中对各部分吸能块合成计算，得到整个吸能　在距离移动变形壁障模型前表面ｌＯｍｍ处定义六面刚性墙，　块模型的变形特性曲线和耗散能变化曲线，图略。　来模拟测力墙；同时还定义与刚性墙垂直的一水平刚性墙来模拟　地面，如图１１所示。按照ＥＣＥ　Ｒ９５法规，带有ＭＤＢ的台车质量　为９５０Ｋｇ，故在ＭＤＢ模型上施加集中质量，使质心位置和台车质　量满足法规要求，如表１所示。移动变形壁障模型的初始速度定　为３５ｋｍ／ｈ，即９．７２２ｍｍ／ｍｓ。在各个吸能块上定义ＳｅｃｔｉｏｎＦｏｒｃｅ，以　便获得各个吸能块所受力的变化。在ＰａｍＶｉｅｗ软件中可以观察　５结论　通过仿真得到的变形吸能块各部分与整体的载荷一变形曲线　都位于法规要求的约束范围内，且吸收的能量也满足法规的要　求，证明建立的移动变形壁障模型是正确的，可用于整车侧面碰　撞过程的计算机模拟仿真。　结果，从模型质心位置输出移动变形壁障撞击过程中的位移、速　参考文献　度及加速度。从而获得移动变形壁障模型的运动情况。　图ｌ２和图ｌ３分别描绘了移动变形壁障的位移和速度随时　问的变化，可以看出移动变形壁障的最大位移为３３２ｍｍ，满足法规　１黄世霖，张金换，王晓冬．汽车碰撞与安全［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００　２李红建轿车车体侧面抗撞性研究［Ｄ］：［硕士学位论文］．长春：吉林大学，　２００３　３陈晓东，苏清祖，程勇，朱西产．汽车侧碰移　［Ｊ３．汽车工程，２００３，２５（３）：２６０～２６４　发　要求的３３０．＋．２０ｍｍ，移动变形壁障速度迅速下降，到５８ｍｓ时减为　零，之后回弹；在ＳｅｃｔｉｏｎＦｏｒｃｅ中可以得到变形吸能块６部分各自　４刘芳华，陈晓东，费蓝冰．汽车侧面碰撞移动变形壁障试验方法［Ｊ］．汽车技　的力一时间曲线，通过坐标转换可以得到吸能块各部分的力啦移曲　术，２００４（１２）：２８～３０