碰撞分析實(shí)例

1、1 前部碰撞分析目前前部碰撞主要有兩類，一種是正面剛性墻碰撞，如GB 11551、FMVSS 208；另一種是偏置可變形壁障（ODB）碰撞，如ECE 94、IIHS。盡管這兩種試驗(yàn)在試驗(yàn)設(shè)置和評(píng)價(jià)上不盡相同，但其主要目的都是為了使乘員在碰撞事故中得到保護(hù)，以及評(píng)價(jià)車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能。車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能包括轉(zhuǎn)向柱的垂直和向后移動(dòng)量、燃油系統(tǒng)完整性、在試驗(yàn)過(guò)成中車(chē)門(mén)不應(yīng)打開(kāi)、安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度、風(fēng)擋保持力、車(chē)上的零件不應(yīng)侵入乘客箱、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的后邊緣不應(yīng)通過(guò)風(fēng)擋侵入、碰撞后至少有一個(gè)門(mén)能打開(kāi)。乘員的響應(yīng)與以下條件有關(guān)：車(chē)輛的加速度、安全帶約束系統(tǒng)、安全氣囊約束系統(tǒng)、方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向柱、防火墻的侵入、膝墊的約束。由此可

2、見(jiàn)，每個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都與乘員有關(guān)。這使得問(wèn)題很復(fù)雜，從設(shè)計(jì)和分析的觀點(diǎn)看很難處理。于是傳統(tǒng)的問(wèn)題被分成設(shè)計(jì)與分析子系統(tǒng)，即先保證車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能，再進(jìn)行乘員仿真來(lái)模擬臺(tái)車(chē)試驗(yàn)。這里介紹車(chē)輛前碰結(jié)構(gòu)性能分析。通過(guò)分析，在合理的精度下，能夠預(yù)測(cè)A柱與轉(zhuǎn)向柱的移動(dòng)量、防火墻的侵入量、車(chē)輛與氣囊傳感器布置點(diǎn)的加速度波形、能量分布、載荷的傳遞、特殊的變形模式等。而燃油系統(tǒng)泄漏、車(chē)門(mén)的開(kāi)啟性無(wú)法直接模擬，只能根據(jù)變形情況做初步判斷。1.1.1 正面碰撞建模（1）模型質(zhì)量匹配前碰分析中，車(chē)是運(yùn)動(dòng)的，因此車(chē)輛模型的質(zhì)量分布、總質(zhì)量、質(zhì)心、軸荷分配是至關(guān)重要的，應(yīng)該與實(shí)際狀態(tài)一致。但模型是簡(jiǎn)化過(guò)的，其質(zhì)量要比實(shí)際車(chē)

3、的輕，質(zhì)量分布也與實(shí)車(chē)有差別，為匹配模型的質(zhì)量，一般采用添加集中質(zhì)量（mass單元）的方法。質(zhì)量單元要均勻分散加在車(chē)輛上剛度較大的地方。如果模型中不包括假人，那么假人的重量也要合理匹配。（2）定義接觸在前碰過(guò)程中，車(chē)輛中不同的部件、障礙墻、假人會(huì)發(fā)生自身和相互接觸。因此，要定義接觸面來(lái)表現(xiàn)這些相互關(guān)系。前碰中一般要定義下列接觸：1） 將整個(gè)車(chē)輛定義為一個(gè)單一接觸面；2） 在硬的和軟的材料間定義接觸面，例如座墊泡沫與結(jié)構(gòu)；3） 要監(jiān)測(cè)相互作用的部件，例如輪胎與門(mén)檻、燃油箱與周?chē)考?） 假人與方向盤(pán)、儀表板、座椅、安全帶、氣囊、內(nèi)飾、結(jié)構(gòu)間的接觸面應(yīng)分開(kāi)定義；5） 氣囊和結(jié)構(gòu)間應(yīng)定義接觸面；6

4、） 局部邊與邊的接觸。所有的接觸類型用自動(dòng)接觸。接觸面可以是節(jié)點(diǎn)集、單元集、part集、segement等，也可用BOX選取需要定義接觸的區(qū)域。（3）定義壁障與地面一個(gè)固定的無(wú)限大的平面剛性墻barrier用于模擬壁障。剛性墻的定義要注意以下幾點(diǎn)：1） 墻位于距離車(chē)輛最前端前1mm處（留出前保險(xiǎn)杠的厚度），其法向量與車(chē)輛行進(jìn)方向相對(duì)，即X軸的正方向；2） 將車(chē)輛前部可能與墻接觸的節(jié)點(diǎn)定義為從節(jié)點(diǎn)集nodes to barrier，注意不要包括剛性墻上的節(jié)點(diǎn)；3） 定義滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.6。一個(gè)固定的無(wú)限大的平面剛性墻ground用于模擬地面。剛性墻的定義要注意以下幾點(diǎn)：1） 墻位于距離車(chē)輛最底

5、部下1mm處（留出輪胎的厚度），其法向量沿車(chē)的高度方向，即Z軸的正方向；2） 將地面到車(chē)輪中心以下的節(jié)點(diǎn)定義為從節(jié)點(diǎn)集nodes to ground，注意不要包括剛性墻上的節(jié)點(diǎn)；3） 定義滑動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)為0.3。（4）定義重力整個(gè)模型都要施加重力，包括車(chē)輛與假人。首先將要施加重力所有部件定義為一個(gè)part集parts for gravity，再定義重力加速度隨時(shí)間變化的曲線，最后定義相應(yīng)關(guān)鍵字，并選取已定義的part集和重力加速度曲線。（5）定義初速度碰撞車(chē)輛的所有節(jié)點(diǎn)要定義沿車(chē)輛行進(jìn)方向（X軸負(fù)向）的初速度，在模型中該初速度應(yīng)該設(shè)為-13888.9mm/s（50km/h）。（6）定義輸出

6、力的截面在圖8-4所示的各處定義截面，關(guān)鍵字為*DATABASE_CROSS_SECTION_PLANE。圖1-1 前碰截面力測(cè)量位置示意圖各截面的位置說(shuō)明見(jiàn)表1-1。表1-1 前碰截面力測(cè)量位置說(shuō)明序號(hào)截面部位1前縱梁前端2前縱梁發(fā)動(dòng)機(jī)懸置前3前縱梁根部4前副車(chē)架前端5前副車(chē)架后端6前副車(chē)架安裝支架7上縱梁（shotgun）8A柱9頂側(cè)梁10門(mén)檻/車(chē)架前端11門(mén)檻/車(chē)架后端12前底板縱梁13中通道14前門(mén)窗框梁15前門(mén)防撞梁16整個(gè)前門(mén)（7）定義控制與輸出卡片正面剛性墻的碰撞模擬時(shí)間一般設(shè)定為0.090.12秒。本例中設(shè)為0.12秒。1.1.2 正面碰撞后處理后處理主要考察的內(nèi)容包括車(chē)輛變形

7、情況、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、歷史曲線等。（1）車(chē)輛變形模式研究整車(chē)，前保險(xiǎn)杠、前碰撞吸能盒、前縱梁、上縱梁（shotgun）、A柱、門(mén)檻、前底板縱梁、中通道、前車(chē)門(mén)、（副）車(chē)架等關(guān)鍵區(qū)域的變形序列與變形模式。可以用變形圖、動(dòng)畫(huà)、Von Mises應(yīng)力和塑性應(yīng)變等形式直觀地表示。要顯示的部件及視圖如下：1） 整車(chē)各視圖；2） 頂視圖、側(cè)視圖顯示保險(xiǎn)杠、吸能盒、前縱梁；3） 頂視圖、側(cè)視圖顯示前（副）車(chē)架；4） 側(cè)偏前顯示前艙主要構(gòu)件；5） 側(cè)偏后顯示乘客箱主要構(gòu)件（防火墻、前底板縱梁、門(mén)檻、A柱）；6） 車(chē)門(mén)腰部加強(qiáng)梁、防撞梁及其連接板；7） 座椅結(jié)構(gòu)；8） 動(dòng)力總成與轉(zhuǎn)向系和車(chē)身的接觸區(qū)域；9） 底視圖顯

8、示燃油箱及其周?chē)考?。?）車(chē)輛變形量測(cè)量以下變形量：1） 前門(mén)框在腰部和門(mén)檻處的寬度減小量曲線；2） 轉(zhuǎn)向管柱上跳量、后移量、橫向位移曲線；3） 制動(dòng)踏板上跳量、后移量曲線；4） 油門(mén)踏板上跳量、后移量曲線；5） 前擋板侵入量曲線。其中，前擋板侵入量的具體測(cè)量部位包括：a) 腳后跟上部200mm的駕駛員中心線處；b) 腳后跟上部200mm的車(chē)輛中心線處；c) 腳后跟上部200mm的乘客中心線處；d) 駕駛員腳踏板；e) 油門(mén)踏板在車(chē)輛縱向的投影處；f) 制動(dòng)踏板在車(chē)輛縱向的投影處；g) 乘客左腳處；h) 乘客右腳處。（3）車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)特性繪制各加速度測(cè)量點(diǎn)的“加速度時(shí)間”和“加速度位移”變化曲

9、線，采用SAE 60濾波。圖1-2是在實(shí)例的左、右車(chē)架和底板中間測(cè)量的車(chē)輛加速度曲線。 a）加速度時(shí)間曲線 b）加速度位移曲線圖1-2 車(chē)輛加速度曲線繪制車(chē)輛（B柱根部測(cè)量點(diǎn)）的速度、位移隨時(shí)間的變化曲線，見(jiàn)圖1-3、圖1-4。圖1-3 車(chē)輛速度曲線 圖1-4 車(chē)輛位移曲線（4）能量分布繪制保險(xiǎn)杠、碰撞吸能盒、前縱梁、上縱梁（shotgun）、防火墻、前底板、（副）車(chē)架等主要吸能部件的內(nèi)能隨時(shí)間的變化曲線。圖1-5是實(shí)例的保險(xiǎn)杠和車(chē)架的吸能曲線。圖1-5 吸能曲線（5）載荷傳遞繪制各截面的載荷隨時(shí)間的變化曲線，采用SAE 180濾波。圖1-6是實(shí)例左、右車(chē)架各處的截面力，截面的具體位置見(jiàn)模型。

10、（6）車(chē)輛與壁障的作用力繪制車(chē)輛與壁障的作用力曲線，采用SAE 180濾波，見(jiàn)圖1-7。19 圖1-6 截面力曲線 圖1-7 車(chē)輛與壁障的作用力曲線后處理完成后，分析比較各種數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)性能做出評(píng)價(jià)，并提供改進(jìn)設(shè)計(jì)建議。8.2 側(cè)面碰撞分析目前側(cè)面碰撞保護(hù)也主要有兩類，一種是移動(dòng)可變形壁障（MDB）碰撞，如FMVSS 214、IIHS、ECE 95/EuroNCAP；另一種是剛性柱撞，如FMVSS 201、EuroNCAP。盡管這些試驗(yàn)在試驗(yàn)設(shè)置和評(píng)價(jià)上不盡相同，但其主要目的都是為了使乘員在碰撞事故中得到保護(hù)，以及評(píng)價(jià)車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能。車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能包括燃油系統(tǒng)完整性、在試驗(yàn)過(guò)程中車(chē)門(mén)不能打開(kāi)

11、或與車(chē)脫離、側(cè)圍與車(chē)門(mén)的侵入量和侵入速度、碰撞后B柱內(nèi)側(cè)到座椅的距離、碰撞后能打開(kāi)足夠多的門(mén)。這里介紹車(chē)輛側(cè)碰結(jié)構(gòu)性能分析。通過(guò)分析，在合理的精度下，能夠預(yù)測(cè)B柱與車(chē)門(mén)的侵入量和侵入速度、氣囊傳感器和控制模塊布置點(diǎn)的加速度波形、能量分布、載荷的傳遞、特殊的變形模式、乘員的傷害值等。而燃油系統(tǒng)泄漏、車(chē)門(mén)的開(kāi)啟性無(wú)法直接模擬，只能根據(jù)變形情況做初步判斷。側(cè)碰分析按FMVSS 214規(guī)定的碰撞要求為例進(jìn)行說(shuō)明。2.1 側(cè)面碰撞建模側(cè)面碰撞建模應(yīng)先完成車(chē)輛模型、座椅模型、乘員模型、移動(dòng)可變形壁障模型，再將各系統(tǒng)集成為一個(gè)完整的模型。車(chē)門(mén)要詳細(xì)建模，應(yīng)包括內(nèi)飾部件、玻璃升降系統(tǒng)，鉸鏈與門(mén)鎖要仔細(xì)處理。如

12、果有的話，門(mén)內(nèi)飾中的泡沫填充物材料特性需要指明應(yīng)變率，可以使用與碰撞速度相近的材料試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；為防止計(jì)算不穩(wěn)定，泡沫避免細(xì)的網(wǎng)格，并使用固連接觸“粘”到主面上。側(cè)碰模型的質(zhì)量匹配、重力定義、控制與輸出卡片與前碰模型類似，不再贅述，下文僅說(shuō)明后碰建模的特別之處。（1）定位假人模型按試驗(yàn)要求將假人定位到正確位置。假人模型的精確定位很重要，即使數(shù)毫米的差別就可能會(huì)在響應(yīng)上有很大變化。（2）定位壁障模型FMVSS 214壁障定位基于車(chē)輛的軸距，而歐洲是基于乘員參考點(diǎn)（R點(diǎn)）的。壁障的位置滿足條件：1） 放置于駕駛員一側(cè)；2） 被撞面平行于車(chē)輛的縱向平面，壁障的縱向切面通過(guò)碰撞參考線；3） 壁障撞擊

13、試驗(yàn)車(chē)左（右）側(cè)時(shí)，它的所有輪子與其縱向切面向右（左）成27±1角；4） 最前端可變性部分的下端面距地面的距離為279mm；5） 碰撞塊與被撞車(chē)輛外表面的距離為1mm（要考慮殼單元的厚度）。FMVSS 214規(guī)定轎車(chē)按下面的要求標(biāo)定一條鉛錘線作為碰撞參考線：a）對(duì)軸距為2896mm或更小的轎車(chē)，碰撞參考線在輪距中心向前940mm的位置。b）對(duì)軸距大于2896mm的轎車(chē)，碰撞參考線在輪距中心向后508mm的位置。（本例車(chē)輛的軸距為2907mm，因此根據(jù)b）確定碰撞參考線。（3）定義地面地面的定義方法與前碰相同。車(chē)輛的“地面”與移動(dòng)壁障的“地面”要分開(kāi)定義，車(chē)輛與地面的摩擦系數(shù)設(shè)為0.6

14、，移動(dòng)壁障與地面的摩擦系數(shù)設(shè)為0.3。（4）定義接觸為表現(xiàn)不同的部件及系統(tǒng)間的相互作用，側(cè)碰中一般要定義下列接觸：1） 將整個(gè)車(chē)輛定義為一個(gè)單一接觸面；2） 在硬的和軟的材料間定義接觸面，例如座墊泡沫與結(jié)構(gòu)；3） 要監(jiān)測(cè)相互作用的部件，例如座椅與側(cè)圍和車(chē)門(mén)、燃油箱與周?chē)考?） 假人與座椅、安全帶、氣囊（簾）、內(nèi)飾、結(jié)構(gòu)間的接觸面應(yīng)分開(kāi)定義；5） 氣囊和結(jié)構(gòu)間應(yīng)定義接觸面；6） 局部邊與邊的接觸；7） 車(chē)與移動(dòng)壁障的接觸。車(chē)與移動(dòng)壁障的接觸中，車(chē)為主、壁障為從。先定義part集parts for contact_vehicle-MDB，選取車(chē)輛上可能與移動(dòng)壁障接觸的部件，再在壁障與車(chē)之間定義

15、接觸contact_vehicle-MDB。（5）定義初速度法規(guī)要求碰撞時(shí)被撞擊車(chē)輛靜止，移動(dòng)壁障的速度為53±1km/h。移動(dòng)可變形障礙物的所有節(jié)點(diǎn)要定義沿整車(chē)坐標(biāo)系X、Y方向的初速度，X方向的初速度為6797mm/s，Y方向的初速度為13410mm/s。先將移動(dòng)壁障上的所有節(jié)點(diǎn)（注意不要包括剛性墻上的節(jié)點(diǎn)）定義為一個(gè)節(jié)點(diǎn)集nodes for velocity，再定義以下卡片：（6）定義輸出力的截面在圖2-1所示的各處定義截面。圖2-1 側(cè)碰截面力測(cè)量位置示意圖各截面的位置說(shuō)明見(jiàn)表2-1。表2-1 側(cè)碰截面力測(cè)量位置說(shuō)明序號(hào)截面部位1A柱2頂側(cè)梁前端3頂側(cè)梁后端4B柱頂端5B柱腰線

16、6B柱底端7門(mén)檻/車(chē)架前端8門(mén)檻/車(chē)架中部9門(mén)檻/車(chē)架后端10前門(mén)防撞梁11第1根橫梁12第2根橫梁13第3根橫梁14第4根橫梁（7）定義求解時(shí)間移動(dòng)可變形壁障側(cè)面碰撞的模擬時(shí)間一般設(shè)定為0.080.10秒，本例中設(shè)為0.10秒。2.2 側(cè)面碰撞后處理后處理主要考察的內(nèi)容包括車(chē)輛變形情況、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、歷史曲線等。（1）車(chē)輛變形模式研究整車(chē)，側(cè)圍、車(chē)門(mén)、底板等關(guān)鍵區(qū)域的變形序列與變形模式。可以用變形圖、動(dòng)畫(huà)、Von Mises應(yīng)力和塑性應(yīng)變等形式直觀地表示。要顯示的部件及視圖如下：1） 整車(chē)各視圖（包括壁障與無(wú)壁障2種情況）；2） 側(cè)圍及車(chē)門(mén)；3） 側(cè)圍整體，B柱（包括前視圖變形前后對(duì)比圖）、門(mén)檻

17、；4） 車(chē)門(mén)整體，車(chē)門(mén)腰部加強(qiáng)梁、防撞梁及其連接板；5） 底板及其橫梁；6） 座椅結(jié)構(gòu)，座椅及其與車(chē)輛的接觸區(qū)域；7） 前視圖包括B柱、車(chē)門(mén)、座椅和假人；8） 底視圖顯示燃油箱及其周?chē)考?） 壁障的可變形部分。實(shí)例的車(chē)變形情況見(jiàn)圖2-2。圖2-2 車(chē)身變形圖（2）車(chē)輛變形速度與變形量繪制以下區(qū)域的侵入速度和Y向侵入量的時(shí)間曲線：1） B柱內(nèi)側(cè)頂部、腰線、與H點(diǎn)等高、門(mén)檻區(qū)域；2） 前門(mén)內(nèi)側(cè)與H點(diǎn)等高區(qū)域（靠近B柱區(qū)域和門(mén)的中間區(qū)域）；3） 前門(mén)內(nèi)側(cè)與腰線等高區(qū)域（靠近B柱區(qū)域和門(mén)的中間區(qū)域）；4） 前門(mén)內(nèi)側(cè)扶手上區(qū)域；5） 前門(mén)內(nèi)側(cè)揚(yáng)聲器孔區(qū)域；6） 后門(mén)內(nèi)側(cè)與腰線等高區(qū)域（靠近B柱區(qū)域和

18、門(mén)的中間區(qū)域）；7） 后門(mén)內(nèi)側(cè)扶手上區(qū)域。另外，測(cè)量碰撞后B柱護(hù)板到碰撞前座椅縱向中心面的距離（圖2-3），測(cè)量點(diǎn)在B柱內(nèi)側(cè)底部到座椅H點(diǎn)位置上方540mm的面上。如果座椅可調(diào)，要測(cè)量座椅處于最后和最下位置的值。表2-2 B柱變形標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)達(dá)標(biāo)及格差距離（mm）>125125505000圖2-3 B柱變形量測(cè)量示意圖（3）車(chē)輛和移動(dòng)壁障的運(yùn)動(dòng)特性繪制各加速度測(cè)量點(diǎn)的“加速度時(shí)間”曲線，采用SAE 60濾波。圖2-4是在實(shí)例的右車(chē)架中間位置和移動(dòng)壁障重心測(cè)量的加速度曲線。圖2-4 加速度曲線繪制車(chē)輛（非撞擊側(cè)B柱根部測(cè)量點(diǎn)）和移動(dòng)壁障左、右縱梁與重心的速度，位移隨時(shí)間的變化曲線。圖2-

19、5、2-6分別為實(shí)例中車(chē)輛和移動(dòng)壁障重心的速度、位移曲線。 圖2-5 速度曲線 圖2-6 位移曲線（4）載荷傳遞繪制各截面的載荷隨時(shí)間的變化曲線，采用SAE 180濾波。圖2-7是實(shí)例車(chē)架各處的截面力，截面的具體位置見(jiàn)模型。（5）車(chē)輛與壁障的作用力繪制車(chē)輛與壁障的作用力曲線，采用SAE 180濾波，見(jiàn)圖2-8。圖2-7 截面力曲線圖 2-8 車(chē)輛與壁障的作用力曲線后處理完成后，分析比較各種數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)性能做出評(píng)價(jià)，并提供改進(jìn)設(shè)計(jì)建議。3 后部碰撞分析目前后部碰撞也主要有兩類，一種是移動(dòng)可變形壁障（MDB）碰撞，如FMVSS 301；另一種是移動(dòng)剛性壁障（MRB）碰撞，如GB 20072、

20、ECE 32/34。雖然這些試驗(yàn)在試驗(yàn)設(shè)置上不相同，但其主要目的都是為了考察車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能、評(píng)價(jià)燃油系統(tǒng)的完整性，而乘員在后碰事故中的保護(hù)正處于研究階段，各國(guó)都還未作為強(qiáng)制要求。車(chē)輛結(jié)構(gòu)性能包括燃油系統(tǒng)完整性、在試驗(yàn)過(guò)程中車(chē)門(mén)不能打開(kāi)或與車(chē)脫離、后座椅H點(diǎn)侵入量、碰撞后能打開(kāi)足夠多的門(mén)。通過(guò)車(chē)輛后碰結(jié)構(gòu)性能分析，在合理的精度下，能夠預(yù)測(cè)載荷傳遞、能量分布、車(chē)輛變形情況、特殊的變形模式、燃油系統(tǒng)變形及應(yīng)力和應(yīng)變、燃油箱的體積變化量等。而燃油泄漏量和泄漏速度、車(chē)門(mén)的開(kāi)啟性無(wú)法直接模擬，只能根據(jù)變形情況做初步判斷。后碰分析按GB 20072規(guī)定的碰撞要求為例進(jìn)行說(shuō)明。3.1 后部碰撞建模后部模型中燃油

21、箱和油管要仔細(xì)建模。燃油箱與其固定帶之間的接觸（點(diǎn)與面、面與面）要單獨(dú)定義，必要時(shí)要考慮燃油箱固定帶的初始應(yīng)力。燃油質(zhì)量可以用實(shí)體單元并賦予適當(dāng)?shù)牟牧蠀?shù)表示，但容易出現(xiàn)負(fù)體積問(wèn)題。由于燃油泄漏情況不能直接模擬，除查看燃油箱變形后的應(yīng)力和應(yīng)變（塑料油箱的塑性應(yīng)變值最大不應(yīng)超過(guò)0.3）外，常用的方法還有考察燃油箱的體積變化量，一般其體積變化不應(yīng)超過(guò)5。要獲得燃油箱的體積變化量，需要將它的封閉體定義為*AIRBAG_SIMPLE_PRESSURE_VOLUME.LS-DYNA中的新方法采用流體與結(jié)構(gòu)的交互作用（流-固耦合）技術(shù)來(lái)模擬燃油系統(tǒng)。車(chē)輛模型要包括有適當(dāng)氣壓的備用輪胎，且正確地固定在車(chē)身或

22、車(chē)架上。輪胎也可以用*AIRBAG_SIMPLE_PRESSURE_VOLUME來(lái)模擬。后碰模型的質(zhì)量匹配、重力定義、控制與輸出卡片與前碰和側(cè)碰模型類似，不再贅述，下文僅說(shuō)明后碰建模的特別之處。（1）定位壁障模型移動(dòng)壁障的位置滿足條件：1） 撞擊表面應(yīng)鉛垂，并垂直于被撞車(chē)輛的中間縱向平面；2） 撞擊器運(yùn)動(dòng)的方向應(yīng)基本水平，且平行于被撞車(chē)輛的中間縱向平面；3） 撞擊器表面的中間垂直線與被撞車(chē)輛中間縱向平面之間的最大橫向偏差為300mm；4） 撞擊表面應(yīng)遍布被撞車(chē)輛的整個(gè)寬度；5） 撞擊表面下邊緣至地面的間隙應(yīng)為175±25mm；6） 撞擊器表面與被撞車(chē)輛保險(xiǎn)杠的距離為1mm（要考慮模型

23、中保險(xiǎn)杠的厚度）。（2）定義地面地面的定義方法與側(cè)碰相同。車(chē)輛的“地面”與移動(dòng)壁障的“地面”要分開(kāi)定義，摩擦系數(shù)均設(shè)為0.3。（3）定義接觸為表現(xiàn)不同的部件及系統(tǒng)間的相互作用，后碰中一般要定義下列接觸：1） 將整個(gè)車(chē)輛定義為一個(gè)單一接觸面；2） 燃油箱與其固定帶之間；3） 要監(jiān)測(cè)相互作用的部件，例如輪胎與門(mén)檻、燃油箱與周?chē)考?） 備胎和結(jié)構(gòu)間應(yīng)定義接觸面；5） 局部邊與邊的接觸；6） 車(chē)與移動(dòng)壁障的接觸。車(chē)與移動(dòng)壁障的接觸中，車(chē)為主、壁障為從。除摩擦系數(shù)設(shè)為0.6外，接觸類型和其他參數(shù)與側(cè)面碰撞中的移動(dòng)壁障和車(chē)的接觸相同。（4）定義初速度后碰標(biāo)準(zhǔn)要求碰撞時(shí)被撞擊車(chē)輛靜止，移動(dòng)壁障的速度為5

24、0±2km/h。移動(dòng)可變形障礙物的所有節(jié)點(diǎn)要定義沿整車(chē)坐標(biāo)系X負(fù)方向的初速度-14444mm/s。（5）定義輸出力的截面在圖3-1所示的各處定義截面。圖3-1 后碰截面力測(cè)量位置示意圖各截面的位置說(shuō)明見(jiàn)表3-1。表3-1 截面力測(cè)量位置說(shuō)明序號(hào)截面部位1后縱梁前端2后縱梁副車(chē)架安裝點(diǎn)前3后縱梁副車(chē)架安裝點(diǎn)后4門(mén)檻/車(chē)架5前底板縱梁6中通道7頂側(cè)梁8后門(mén)窗框梁9后門(mén)防撞梁10整個(gè)后門(mén)（6）定義求解時(shí)間移動(dòng)壁障后部碰撞的模擬時(shí)間一般設(shè)定為0.080.10秒，本例中設(shè)為0.10秒。3.2 后部碰撞后處理后處理主要考察的內(nèi)車(chē)輛變形情況、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、歷史曲線等。（1）車(chē)輛變形模式研究整車(chē)，后保險(xiǎn)

25、杠、后碰撞吸能盒、后縱梁、后車(chē)架、C柱、門(mén)檻、后底板、后車(chē)門(mén)等關(guān)鍵區(qū)域的變形序列與變形模式?？梢杂米冃螆D、動(dòng)畫(huà)、Von Mises應(yīng)力和塑性應(yīng)變等形式直觀地表示。要顯示的部件及視圖如下：1） 整車(chē)各視圖（包括壁障與無(wú)壁障2種情況）；2） 后底板及其橫梁；3） 頂視圖、側(cè)視圖顯示保險(xiǎn)杠、吸能盒、后縱梁；4） 頂視圖、側(cè)視圖顯示后（副）車(chē)架；5） 側(cè)偏前顯示后乘客箱主要構(gòu)件；6） 車(chē)門(mén)腰部加強(qiáng)梁、防撞梁及其連接板；7） 后座椅結(jié)構(gòu)；8） 備胎和車(chē)身的接觸區(qū)域；9） 底視圖顯示燃油箱及其周?chē)考?。?shí)例的車(chē)架變形情況見(jiàn)圖3-2。圖3-2 車(chē)架變形圖（2）車(chē)輛變形量1） 后門(mén)框在腰部和門(mén)檻處的寬度減小量

26、曲線；2） 后排座椅“R”點(diǎn)在地板垂直投影點(diǎn)相對(duì)于車(chē)輛某一不變形部分基準(zhǔn)點(diǎn)的縱向位移量d的時(shí)間曲線。（3）車(chē)輛和移動(dòng)壁障的運(yùn)動(dòng)特性繪制各加速度測(cè)量點(diǎn)的“加速度時(shí)間”曲線，采用SAE 60濾波。圖3-3是在實(shí)例的右車(chē)架中間位置和移動(dòng)壁障重心測(cè)量的加速度曲線。圖3-3 加速度曲線繪制車(chē)輛（B柱根部測(cè)量點(diǎn)）和移動(dòng)壁障左、右縱梁與重心的速度，位移隨時(shí)間的變化曲線。圖3-4、3-5分別為實(shí)例中車(chē)輛和移動(dòng)壁障重心的速度、位移曲線。圖3-4 速度曲線 圖3-5 位移曲線（4）能量分布繪制保險(xiǎn)杠、碰撞吸能盒、縱梁、車(chē)架等主要吸能部件的內(nèi)能隨時(shí)間的變化曲線。圖3-6是實(shí)例中車(chē)架的吸能曲線。圖3-6 車(chē)架吸能曲線

27、（5）載荷傳遞繪制各截面的載荷隨時(shí)間的變化曲線，采用SAE 180濾波。圖3-7是實(shí)例車(chē)架各處的截面力，截面的具體位置見(jiàn)模型。（6）車(chē)輛與壁障的作用力繪制車(chē)輛與壁障的作用力曲線，采用SAE 180濾波，見(jiàn)圖3-8。 圖3-7 截面力曲線圖 3-8 車(chē)輛與壁障的作用力曲線后處理完成后，分析比較各種數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)性能做出評(píng)價(jià)，并提供改進(jìn)設(shè)計(jì)建議。4 低速碰撞分析低速碰撞的主要目的是為了改善車(chē)輛發(fā)生輕微碰撞后的可維修性，對(duì)車(chē)輛的前后端都有要求。低速碰撞目前有兩類要求，一種是強(qiáng)制要求，如GB 17354、ECE 42、PART581；另一種是保險(xiǎn)要求，如IIHS、RCAR。強(qiáng)制要求不高，設(shè)計(jì)較容易

28、；保險(xiǎn)要求相對(duì)較高，設(shè)計(jì)有一定難度，例如IIHS的8km/h后部中心剛性柱撞、RCAR的15km/h前后剛性壁偏置碰撞。低速碰撞的設(shè)計(jì)思想是可拆卸部件損壞要小，不可拆卸部件避免損壞。否則，車(chē)輛的保險(xiǎn)費(fèi)和維修費(fèi)會(huì)增加，而且維修困難，從而影響銷量。通過(guò)車(chē)輛低速碰撞結(jié)構(gòu)性能分析，在合理的精度下，能夠預(yù)測(cè)能量分布、車(chē)輛變形情況、特殊的變形模式、部件的應(yīng)力和應(yīng)變等。低速碰撞分析按IIHS規(guī)定的后部中心剛性柱撞要求為例進(jìn)行說(shuō)明。4.1 低速碰撞建模低速前碰模型包括的必要系統(tǒng)有前保險(xiǎn)杠、白車(chē)身前結(jié)構(gòu)、前（副）車(chē)架、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、翼子板、冷卻系、排氣系前端、前懸架、后懸架、輪胎和前車(chē)燈，如圖4-1。圖4-1 低速前碰分析模型低速后碰模型包括的必要系統(tǒng)有后保險(xiǎn)杠、白車(chē)身后結(jié)構(gòu)、行李箱蓋/后備門(mén)、排氣系末端、前懸架、后懸架和后車(chē)燈。（1）定義剛性柱一個(gè)固定的、半徑為90mm、高度為920mm的豎直圓柱剛性墻pole用于模擬剛性柱。剛性柱的定義要注意以下幾點(diǎn)：1） 柱面距離車(chē)輛最后端1mm（留出前保險(xiǎn)杠的厚度）；2） 其法向量沿車(chē)輛高度方向，即Z軸的正方向，基點(diǎn)在車(chē)輛縱向中心面上、地面上方920mm處；3） 將車(chē)輛后部可能與柱接觸的節(jié)點(diǎn)定義為從節(jié)點(diǎn)集nodes to pole，注意不要包括剛性柱上的節(jié)點(diǎn)；4） 定義