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[分享] 基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

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发表于 2016-4-4 18:39:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图1  整车碰撞模型的细分子模型

        本文针对整车结构碰撞分析模型的精确度,从车体加速度及前舱侵入量两方面考察模型的精确度,通过采用HyperMesh建立碰撞分析模型,使用HyperView对分析结果进行处理,对分析结果与实车试验结果进行加速度和侵入量等关键指标的对比,探讨影响分析精确度的影响因素,最终不断提高正面碰撞分析模型与试验的吻合程度。
        整车结构碰撞仿真分析一直是各大汽车企业着重发展的方面,整车碰撞分析模型的精确程度直接影响到后续整车开发中的碰撞试验数量。一个好的碰撞分析模型能够精确地反映出实际碰撞试验中的车体加速度、乘员舱的侵入量等关键技术指标。为建立较为精确的碰撞分析模型,初始的整车对标碰撞分析模型是必须的基础,该模型建立于整车开发第一次碰撞摸底试验完成之后,与碰撞试验结果有较高的吻合度,使得在后续的开发中对碰撞分析结果有足够的可信度。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图2  整车碰撞模型基本信息

        模型建立
        本文所述的整车碰撞分析对标模型是基于整车第一版数据已经发布并完成首次碰撞试验后与试验结果进行对标。初始的整车碰撞有限元模型采用HyperMesh前处理工具进行网格划分、材料厚度设置、接触设定、焊点及各种连接关系等建模工作,同时根据CAD数据中的分总成模块化设计的原则,将整车模型分成多个子模型,最后通过*INCLUDE的命令将所有子模型汇聚成一个树状结构的主模型(见图1)。整车碰撞模型的细分主要包括:白车身BIW、门盖系统、动力总成系统(发动机、变速器、排气系统、冷却模块和空调等)、底盘(转向系统、悬架系统、悬置、行驶制动系统、燃油系统和轮胎等)以及内外饰(座椅、保险杠、仪表板、内外饰件和玻璃等)。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图3  车身左侧B柱加速度曲线时刻-事件分析

        通过采用HyperMesh建立整车模型,并且通过配重达到与整车试验一致的总质量、整车质心和前后轴荷等关键参数,完成模型的建立,图2为完成的整车正面100%刚性墙碰撞模型的基本情况。
        对标分析
        整车正面碰撞分析模型提交到Altair高性能计算E-compute求解器进行计算,得出仿真分析结果,采用HyperWorks的后处理工具HyperView以及HyperGraph进行相关的变形分析和曲线分析等。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图4  为仿真结果与试验结果出现差异的原因分析

        1.车体加速度曲线的分析
        整车碰撞的基本物理原理是牛顿第二定律,F=m×a,其中,m为试验整车质量,a即为反映在车身上的加速度,F为碰撞中刚性壁障及车体传力路径上所传递的碰撞力;基于该原理,整车的加速度曲线为,a=F/m;车体加速度反映了车辆发生碰撞时发生的各个事件,通过加速度曲线的分析结合试验录像以及仿真动画可以判断各时刻车身发生的变形或发动机舱内发生的接触撞击等事件。图3所示为试验结果车身左侧B柱加速度曲线的时刻-事件分析;图4为仿真分析与试验结果出现差异的原因分析。
        将左侧B柱加速度曲线通过HyperGraph的积分计算得出其速度曲线、位移曲线以及G-S曲线如图5所示。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图5  速度(左)、位移(中)和G-S曲线(右)

        从积分的结果对比分析,仿真结果的速度曲线及位移曲线均与试验结果差异不大,但仿真的G-S曲线在t3位移时出现一个波峰,而试验中没有该波峰,通过分析判断整车碰撞到该位移时,仿真模型在此处的刚度比实际刚度要大,需要进一步调整此区域的刚度以便达到与实际一致的效果。
        整车其他区域的加速度测量同样能够反映出碰撞过程的各个时刻发生的事件,图6中左图为发动机顶端加速度曲线,右图为安全气囊控制器安装区域的X向加速度曲线,发动机顶端加速度曲线峰值的时刻反映为发动机受到撞击的时刻,通过该时刻可以判断发动机安装悬置失效的大概时刻。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图6  发动机顶部加速度(左)和安全气囊控制器安装区域加速度(右)

        2.乘员舱侵入量分析
        乘员舱的侵入量对比分析是对标建模工作中主要的一个对标内容,侵入量是整车碰撞除了加速度之外反映到乘员身上的另一个直接影响因素。根据变形量的测量要求,在模型的建模阶段使用HyperMesh设置了多个测量乘员舱侵入量的测量弹簧单元,计算结果输出其位移的变化量,通过HyperGraph读取该变化量,即为乘员舱的侵入量。图7(左)为模型中设置的侵入量测量弹簧单元,图7(中)为实际碰撞试验后乘员舱侵入量的测量点,图7(右)为仿真分析结果的侵入量测量云图。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

        图7  碰撞模型测量弹簧(左)、实车测量点(中)和仿真结果云图(右)

        前围板侵入量的计算结果与试验结果对比如表所示。
        从初步的仿真结果可以看出,D4、D5以及E2、E3、E4区域的侵入量与试验相比偏大,分析仿真的结果发现,此区域为转向机构受到变速器向后运动的撞击而导致,在试验中此撞击事件同样存在,但其导致的乘员舱侵入量增大并不明显,而仿真中此区域受到撞击导致的侵入量增大失真,需要对此区域模型进一步细化才能做到与试验较为吻合。
       

基于加速度和侵入量的整车正面碰撞对标分析

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        侵入量测量值与试验值对比

        结语
        本文通过具体车型开发的整车碰撞对标分析,通过使用HyperMesh前处理软件建立正面碰撞模型,设置好相关的各个参数,并提交到Altair的高性能计算平台E-Compute进行求解计算;根据对标分析经验总结得出以车体加速度以及乘员舱侵入量作为量化参数进行对标建模,使得碰撞模型不断优化并提高其分析结果的准确精度,提高车型开发仿真工作的效率。
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