碰撞試驗(yàn)PPT課件

1、目錄目錄1231第1頁/共29頁1第2頁/共29頁制造工程制造工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)仿真設(shè)計(jì)仿真設(shè)計(jì)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì) 汽車碰撞模擬仿真是基于計(jì)算機(jī)仿真軟件，通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，在給定若干已知參數(shù)的情況下，模擬汽車碰撞過程，對車身主要結(jié)構(gòu)部件的碰撞變形及其它物理量的碰撞變化特性進(jìn)行較為詳細(xì)的分析討論，探討提高汽車結(jié)構(gòu)變化對車身碰撞生存空間的影響；從而預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)，使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的緩沖吸能裝置、材料和構(gòu)件截面和形狀等方面能夠滿足法規(guī)要求的一種技術(shù)。 第3頁/共29頁碰撞模擬仿真技術(shù)的發(fā)展碰撞模擬仿真技術(shù)的發(fā)展60年代在美國興起1988年西安公

2、路交通大學(xué)建立“剛體+彈簧阻尼”數(shù)學(xué)模型第4頁/共29頁發(fā)展歷程發(fā)展歷程 1. 2. 3. 80年代 90年代 目前Cray等巨型機(jī)的出現(xiàn)和顯式積分理論的成熟開始研究對整車的耐撞有限元分析汽車碰撞的商業(yè)化軟件不斷完善普通的個人計(jì)算機(jī)也可以進(jìn)行碰撞仿真分析汽車碰撞的商業(yè)化軟件不斷完善開發(fā)出了許多成熟的用于碰撞模擬的成熟商業(yè)軟件包，已經(jīng)部分取代實(shí)驗(yàn)室的工作第5頁/共29頁2第6頁/共29頁研究內(nèi)容研究內(nèi)容 研究內(nèi)容研究內(nèi)容123事故再現(xiàn)碰撞受害模擬汽車結(jié)構(gòu)抗撞性模擬第7頁/共29頁汽車碰撞受害者模擬的研究工作開始于60年代中期，使用的動力學(xué)分析模型是多剛體系統(tǒng)模型和生物力學(xué)分析模型，分別用來模擬人

3、體整體動力學(xué)響應(yīng)和人體局部結(jié)構(gòu)傷害程度。 第8頁/共29頁事故再現(xiàn)研究的內(nèi)容是：在汽車事故發(fā)生后，由汽車的最終位置開始，運(yùn)用按經(jīng)驗(yàn)建立的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型往回推算，即反向經(jīng)由碰撞后階段碰撞階段碰撞前階段，使事故的情況在時(shí)間和空間上得以重現(xiàn)，對交通事故的原因和結(jié)果作出公正的解釋，有利于協(xié)助相關(guān)執(zhí)法管理部門開展工作 。 第9頁/共29頁汽車結(jié)構(gòu)抗撞性模擬的動力學(xué)分析模型是非線性大變形有限元模型。有限元模型的優(yōu)點(diǎn)在于能真實(shí)地描述結(jié)構(gòu)變形，適用于建立汽車結(jié)構(gòu)模型及人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)分析模型。 第10頁/共29頁 有限元法的基本思想是：把連續(xù)結(jié)構(gòu)（連續(xù)體）劃分為有限個節(jié)點(diǎn)連接而成的離散結(jié)構(gòu)。單元內(nèi)節(jié)

4、點(diǎn)的位移、應(yīng)力等物理量系通過特定的函數(shù)關(guān)系插值求得。再根據(jù)力學(xué)理論的變分原理或其他方法建立單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)位移與未知量之間的平衡方程式，然后將各個單元用“集總”方法組裝到一起，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量的代數(shù)方程組，繳入響應(yīng)的載荷、約束等邊界條件即可求出問題的解。第11頁/共29頁建立幾何模型給定模型載荷，邊界條件，并施加約束等產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)單元形成網(wǎng)絡(luò)對模型求解模型修改結(jié)果分析結(jié)束碰撞性能是否滿足要求否是圖：碰撞有限元法分析一般過程第12頁/共29頁有限元的特點(diǎn)有限元的特點(diǎn) 4. 特點(diǎn) 特點(diǎn) 特點(diǎn) 特點(diǎn) 2. 3.費(fèi)用低廉，一個模型能用來進(jìn)行無數(shù)次的膨脹分析而不損壞輸出結(jié)構(gòu)上的任意點(diǎn)的碰撞相關(guān)信息，如位移

5、，加速度等，而有些結(jié)果是實(shí)驗(yàn)無法得到的 能夠多次地，重復(fù)和再現(xiàn)零部件的碰撞變形過程，方便設(shè)計(jì)人員對結(jié)構(gòu)的觀察、分析和改進(jìn) 修改方便、省時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，只需要修改模型中的相關(guān)參數(shù)既可以進(jìn)行再次的碰撞分析，便于多余方案的快速分析和比較 1.第13頁/共29頁碰撞模擬仿真常用軟件LSDYNA3DNSYSLSDYNAPAM-CRASH第14頁/共29頁單元類型單元類型接觸分析接觸分析功能功能NSYSLSDYNA程序功能程序功能材料模型材料模型接觸分析接觸分析功能功能第15頁/共29頁NSYSLSDYNA文件系統(tǒng)第16頁/共29頁5、時(shí)間積分和、時(shí)間積分和時(shí)間步長控制時(shí)間步長控制6、材料模型的、材料模

6、型的應(yīng)力修正應(yīng)力修正7、單元類型及其、單元類型及其算法特點(diǎn)算法特點(diǎn)1.控制方程控制方程2、空間有限元、空間有限元離散化離散化3、單元計(jì)算的、單元計(jì)算的單點(diǎn)高斯積分單點(diǎn)高斯積分8、接觸、接觸-碰撞碰撞界面算法界面算法4、沙漏模型控制、沙漏模型控制NSYSLSDYNA基本理論基本理論第17頁/共29頁3第18頁/共29頁實(shí)例分析：商用車正面碰撞模擬仿真實(shí)例分析：商用車正面碰撞模擬仿真 方法： 一般都采用顯式全降階積分有限元算法； 仿真軟件： LS- DYNA軟件； 汽車正面碰撞時(shí), 主要吸能結(jié)構(gòu)件的碰撞屬于薄壁構(gòu)件和鈑金件的壓塌、失穩(wěn)、撕裂、彎曲失效等非線性大變形吸能過程, 這種結(jié)構(gòu)在計(jì)算時(shí)要同時(shí)

7、考慮材料類型、幾何形狀、接觸方式和摩擦因數(shù)等多種非線性因素的影響。 按照 ECE R29 規(guī)定的條件, 對某商用車進(jìn)行正面碰撞模擬分析時(shí), 采用的碰撞運(yùn)動部件為擺錘, 擺錘質(zhì)量為 1 570 kg。根據(jù)碰撞能量為 30 kJ 的要求,通過對擺錘施加角速度運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)擺錘與車身之間的碰撞過程仿真。第19頁/共29頁整車有限元模型整車有限元模型 在某商用車駕駛室白車身有限元網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上, 加上動力總成、散熱器、車輪、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向盤、座椅、制動油缸以及暖風(fēng)機(jī)等汽車前部主要總成的三維實(shí)體模型, 建立了整車碰撞模擬分析的有限元模型( 圖 1)。仿真分析模型不包括車箱、玻璃和車身內(nèi)飾件等。第

8、20頁/共29頁仿真結(jié)果及討論仿真結(jié)果及討論 整車碰撞 圖 2 為整車碰撞仿真前 50ms 變形結(jié)果。第21頁/共29頁 車身碰撞 圖 3 為車身碰撞變形仿真結(jié)果。仿真結(jié)果及討論仿真結(jié)果及討論第22頁/共29頁仿真結(jié)果及討論仿真結(jié)果及討論 碰撞車身變形 汽車碰撞試驗(yàn)車身變形的測點(diǎn)位置見圖 4, 采用三坐標(biāo)測量得到的駕駛室左側(cè)碰撞前、后變形情況見圖 5, 表 1 為車身碰撞變形結(jié)果, 表 2 為車身內(nèi)乘員生存空間計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果。第23頁/共29頁第24頁/共29頁仿真結(jié)果分析與討論仿真結(jié)果分析與討論 由表 1 可見, 在多數(shù)測點(diǎn)位置上, 模擬仿真結(jié)果與試驗(yàn)值在變形趨勢和數(shù)據(jù)水平上較一致。在個別測

9、點(diǎn)上存在差異的原因是: 仿真模擬計(jì)算未考慮前窗玻璃、儀表板、車身前部內(nèi)飾件等前部結(jié)構(gòu)件,造成前部變形仿真結(jié)果比試驗(yàn)值大; 仿真模擬計(jì)算還未考慮車身底部內(nèi)飾件, 造成了底部變形仿真結(jié)果比試驗(yàn)值大、后上部變形仿真結(jié)果比試驗(yàn)值小的情況。 在表 2 中, a 為轉(zhuǎn)向柱與座墊前端的水平距離,仿真分析時(shí)主要根據(jù)該值的變化來檢驗(yàn)乘員生存空間的大小。仿真分析得到碰撞前的該值約為 275mm, 碰撞后為 153 mm。對于表 2 中的 b 和 c, 分析結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。第25頁/共29頁改進(jìn)方案：地板縱梁改進(jìn)方案：地板縱梁 車身地板縱梁的原設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案見圖 6。為比較它們之間縱向變形的大小, 分別對這兩個方案進(jìn)行了碰撞仿真分析。 由仿真結(jié)果可知, 原方案的地板縱梁圓弧過渡區(qū)域在碰撞過程中產(chǎn)生了扭曲、擠壓等塑性變形, 顯得較為薄弱; 改進(jìn)方案將縱梁加強(qiáng)梁延伸至縱梁的整個長度, 增加了地板縱梁圓弧過渡區(qū)域的剛度, 使該部位的變形形態(tài)有較大好轉(zhuǎn)。原方案在縱梁圓弧過渡區(qū)域處的縱向位移值為 140 mm; 采用改進(jìn)方案后,該處的縱向位移值則降為 110 mm, 減少了 21.4 %第26頁/共29頁結(jié)論結(jié)論 a. 在某商用車車身多數(shù)測點(diǎn)位置上, 正面碰撞模擬仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在數(shù)據(jù)水平上較為一致, 仿真分析與碰撞試驗(yàn)得到