火車后下部防護(hù)裝置的被動安全性計(jì)算機(jī)仿真

1、 火車后下部防護(hù)裝置的被動安全性計(jì)算機(jī)仿真 引言據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速公路交通事故中，車輛間發(fā)生碰撞事故約占33.4%，而其中大部分為追尾事故。由于高速公路上大型載貨汽車與乘用車之間的速度一般相差較大，當(dāng)發(fā)生乘用車追尾載貨汽車的事故時，尤其是乘用車鉆入載貨汽車后下部的鉆入碰撞，會造成乘用車中的乘員傷亡和嚴(yán)重傷害、研究表明，乘用車內(nèi)乘員在乘用車與載貨汽車碰撞中死亡的比例是乘用車間碰撞死亡比例的四倍還要多2，J。要改善此類事故形態(tài)的碰撞安全性，減輕乘用車內(nèi)乘員的傷害程度，應(yīng)從載貨汽車的后下部防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝入手，使后下部防護(hù)裝置對追尾車輛能起到防止發(fā)生鉆入碰撞和緩和碰撞沖擊的作用。2001年，我國參

2、照歐洲經(jīng)濟(jì)委員會的ECE R58有關(guān)內(nèi)容，制定了國家標(biāo)準(zhǔn)GB11567.2-2001汽車和掛車后下部防護(hù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)對汽車和掛車后下部防護(hù)裝置的技術(shù)要求和移動壁障追尾碰撞試驗(yàn)條件做出了明確的規(guī)定。本文根據(jù)GB11567.2-2001規(guī)定的技術(shù)要求和試驗(yàn)條件，應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA軟件對適用于某大型載貨汽車的后下部防護(hù)裝置進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)仿真分析。通過對不同方案的對比分析，獲得能夠滿足GB11567.2-2001要求的防護(hù)裝置。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，可以完善結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)，同時降低開發(fā)費(fèi)用：1 分析方法及技術(shù)要求【3】按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB11567.2-2001汽車和掛車后下

3、部防護(hù)要求規(guī)定的靜態(tài)加載和移動壁障碰撞要求，對適用于某大型載貨汽車的后下部防護(hù)裝置的多種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行模擬試驗(yàn)仿真分析。1.1靜態(tài)加載靜態(tài)加載試驗(yàn)有兩點(diǎn)加載和三點(diǎn)加載之分，其要求如表l所示，加載位置如圖1所示。(1)兩點(diǎn)加載：lOOkN或相當(dāng)于車輛最大總質(zhì)量的500/c的水平載荷的較小值一(2)三點(diǎn)加載：25kN或相當(dāng)于車輛最大總質(zhì)量的12.5%的水平載荷的較小值。1、2 移動壁障碰撞移動壁障追尾碰撞加載試驗(yàn)主要考核后下部防護(hù)裝置防止發(fā)生鉆人碰撞的阻擋功能和減輕追尾車輛乘員傷害的緩沖吸能功能，加載方法及要求如表2有限元模型的建立按照GB11567.2-2001的相關(guān)要求，建立后下部防護(hù)裝置的有限

4、元模型，包括橫向構(gòu)件及其支架，其中動態(tài)分析模型還包括移動壁障模型：仿真模型包括3種方案，方案一為基本型（防護(hù)裝置由橫向構(gòu)件和垂直支架組成），方案二和方案三為改進(jìn)型（防護(hù)裝置由橫向構(gòu)件、垂直支架及其斜支撐組成）。2.1 單元選擇因防護(hù)裝置構(gòu)件的截面尺寸相比長度相差較大，因此防護(hù)裝置的橫向構(gòu)件和支架均采用梁單元( beam)，支架選擇角鋼，橫向構(gòu)件選擇矩形鋼。2.2邊界條件為簡化分析模型，不考慮支架與橫向構(gòu)件間的連接強(qiáng)度問題。其次在支架的安裝部位的所有自由度約束為0，移動壁障對防護(hù)裝置的碰撞初速度為32km/h，移動壁障與防護(hù)裝置的接觸采用LS-DYNA程序中的面一面接觸算法【5|。3仿真結(jié)果分析

5、3.1靜態(tài)仿真分析由表3可見，兩點(diǎn)加載和三點(diǎn)加載的情況下，三種方案的防護(hù)裝置最大變形量均未超過400mm的限值，因此對這三種方案進(jìn)一步進(jìn)行動態(tài)仿真分析，通過移動壁障的碰撞仿真，考核防護(hù)裝置的最大變形量、移動壁障的反彈速度和減速度是否滿足法規(guī)要求。3.2動態(tài)仿真分析表4為三種方案的動態(tài)仿真結(jié)果，圖2為方案一在第60ms的變形情況，圖3為方案三在第60ms的變形情況。圖4至圖6為三種結(jié)構(gòu)方案的變形量、移動壁障反彈速度和減速度對比曲線圖。由表4可見，第一種方案的最大變形量約為416mm，已超過法規(guī)要求。圖5表明，第一種方案的防護(hù)裝置在與移動壁障碰撞過程中，移動壁障沒有發(fā)生回彈，即防護(hù)裝置沒有起到防止

6、發(fā)生鉆人碰撞的作用。由方案一的結(jié)構(gòu)變形過程可見，方案一的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但由于結(jié)構(gòu)的剛度不足，主要是垂直支架的剛度不足，導(dǎo)致來自www.lW5u.coM結(jié)構(gòu)的變形量過大，以致不能起到防鉆入碰撞的功能。方案二是在方案一的基礎(chǔ)上加裝斜支撐，仿真結(jié)果表明，最大變形量為179mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但移動壁障的反彈速度和減速度均超過標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明該結(jié)構(gòu)具有防止發(fā)生鉆人碰撞的功能，但緩沖吸能的能力不足，方案三來自wwW.lw5u.Com與方案二的不同之處在于斜支撐與垂直支架間的夾角不同。仿真結(jié)果表明，方案三的結(jié)構(gòu)最大變形量、移動壁障最大反彈速度和減速度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。圖6表明，方案三的防護(hù)裝置與移動壁障的碰撞接觸時間約為57ms，而方案二的碰撞時間約為12ms，方案三的接觸時間較長，且移動壁障的最大減速度為35g，表明方案三的結(jié)構(gòu)具有較好的緩沖吸能作用。4結(jié)論(1)通過對三種不同結(jié)構(gòu)方案的靜態(tài)和動態(tài)仿真結(jié)果比較，方案三的各項(xiàng)仿真結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，為較優(yōu)方案，且方案結(jié)構(gòu)較簡單。(2)對后下部防護(hù)裝置的性能進(jìn)行仿真分析時，均需要進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)仿真，靜態(tài)仿真的結(jié)果不能說明結(jié)構(gòu)的防鉆入碰撞性能和緩沖吸能性能。(3)在結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行仿真分析，可以對多種不同的結(jié)