100%正面碰撞分析报告要点

1、编号：-CSFX-002：100%E面碰撞分析报告项目名称：A级三厢轿车设计开发项目代号：CP08编制:校对: 审核: 批准:日期:日期: 日期: 日期:2011年03月第1页共22页安全带安装点强度分析目录1分析目的和意义 12使用软件说明 13整车参数13.1整车参数13.2有限元模型坐标与实车坐标对比 23.3整车及各总成有限元模型 23.4边界条件定义 54碰撞模拟结果分析 54.1碰撞模拟总体变形结果 54.2整车速度变化 84.3碰撞模拟能量变化情况 94.4刚性墙的接触力104.5主要吸能部件变形及吸能情况分析 114.6主要吸能部件变形图 114.7 B柱下端减加速度144.8

2、门框变形量154.9前围板侵入量174.10A柱侵入量194.11方向盘侵入量205总结201分析目的和意义为了在汽车的设计阶段使被设计车辆更好的满足耐撞性的要求，采用动态大变形非线形有限元模拟技术，进行了CP08车型正面撞击刚性墙的仿真分析，主要是根据乘用车正面碰撞的乘员保护 (GB11551-2003)进行的仿真模拟。GB11551的全部技术内容为强制性 要求，适用于M1类车辆(M1类车辆为包括驾驶员座位在内，座位数 不超过9座的载客车辆)。汽车车体结构变形特性是影响汽车安全性 能的关键因素，本文通过对 CP08车型模拟结果进行分析，为整车的 耐碰撞性提供参考。2使用软件说明在本次模拟中，

3、主要使用了Hypermesh前处理软件和Ls-Dyna求解器，Hypermesh是世界领先的、功能强大的 CAE应用软件包， 由美国Altair公司开发，目前在世界上的应用非常广泛。LS-DYNA是一个以显式为主，隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，可以求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非 线性问题。3整车参数3.1整车参数整车碰撞仿真模拟，必须真实的模拟实车碰撞时的状态，要模拟 实车各总成之间的连接，按照其实际材料特性，密度、质量等参数进 行设置。根据项目组提供的整车零部件明细表及质量、材料特性，材料主第1页共23页安全带安装点强度分析要由DC01,DC03,DC0

4、4,DC05,DC06,B400/780,B250,B340/590Dp,HC400 ,B210P1,B280Dp,HC450/980,b280Vk 等组成。3.2整车及各总成有限元模型该整车有限元模型共有单元1180057个，其中四边形单元1112412 个，三角形单元53611个，一般来说三角形单元数量超过 5%会影响 分析的精度，本模型中三角形数量为4.6% ;其中最小网格单元长度取为较小的3mm,可以满足较高的精度要求。汽车碰撞区域金属部件 全部保留，保证了碰撞中汽车部件变形的真实性，图1至图6为整车及各总成有限元模型。第2页共23页安全带安装点强度分析第3页共23页安全带安装点强度分

5、析第#页共23页安全带安装点强度分析第#页共23页安全带安装点强度分析图1有限元整车模型第#页共23页安全带安装点强度分析第#页共23页安全带安装点强度分析图2 前悬架有限元模型第#页共23页安全带安装点强度分析图3前舱主要部件有限元模型图4地板有限元模型图5前围有限元模型第4页共23页安全带安装点强度分析图6底盘有限元模型3.3边界条件定义GB11551正面碰撞法规规定，被试验车辆以4850km/h的速度与 固定障碍壁表面垂直相撞，在本次模拟中，撞击接触方式为刚性墙， 碰撞时速度为50 km/h （沿x轴负向），碰撞角即垂直于壁障前表面 的直线与车辆纵向行进方向线之间的夹角为0度，同时对整车

6、模型施加向下的重力加速度g=9.8m/s2，如图7所示。S.伽腿面Rm.® 正面佛性堵图7正面碰撞模型4碰撞模拟结果分析4.1碰撞模拟总体变形结果碰撞模拟过程中各个时段的变形情况可以反映出整车在碰撞过程中的变形情况，0ms 20ms、40ms、60ms、80ms整车碰撞变形如图8至图12所示：第5页共23页安全带安装点强度分析第6页共23页安全带安装点强度分析图8 0ms整车碰撞变形情况图9 20ms整车碰撞变形情况第#页共23页安全带安装点强度分析第7页共23页安全带安装点强度分析图10 40ms整车碰撞变形情况图11 60ms整车碰撞变形情况第#页共23页安全带安装点强度分析图1

7、2 80ms整车碰撞变形情况由上面一组图可见，在整个碰撞过程中，前舱室压溃情况及整车 上扬趋势均正常，驾驶舱室未见明显挤压变形。4.2整车速度变化整车速度曲线表示整车碰撞过程中平均速度的变化情况， 整车的 初始速度为50km/h,即卩13889mm/s,从图13可以看出，在52ms左 右，整车开始回弹，并在81ms时，速度为0,回弹停止。第8页共23页安全带安装点强度分析Nodal Pfltfit 35552-XVelotly图13 速度时间历程曲线4.3碰撞模拟能量变化情况碰撞过程中总体能量的变化情况是评价建模是否正确的重要指标。图14为整车能量的变化曲线，能量曲线表征碰撞过程中动能向 内能

8、转化的过程，总能量基本保持不变，从初始时刻到52ms左右，车速由50km/h变为0,结构发生压缩变形，冲击动能大部分转变为 材料塑性变形的应变能和材料发生弹性变形的弹性位能，从52ms左右到碰撞结束，弹性变形的弹性位能转变成反弹的动能。1.2E*0D8Energy1E+0CH8SE+0076E*007斗EtQ072E*OO70.D20.03D.040.050 Q6Time/ms0.D7D.0&图14各主要能量变化的时间历程曲线第9页共23页0.01D.OS安全带安装点强度分析能量变化过程中还有一个重要的评价指标是沙漏能和总能量的 比值，沙漏能的产生主要是由于计算过程中，单元的积分形式而

9、引起 的，这个比值在1%以内。4.4刚性墙的接触力刚墙反力曲线反映碰撞过程中刚墙受冲击力的大小，同时也可以看出整车加速度的变化情况，如果刚性墙反力波动过大，将会导致车 架乃至车身加速度的波动，可能导致乘员区的加速度出现较大的峰 值，这对于乘员的保护是不利的。刚墙反力时间历程曲线如图 15所 示，从图中可以看出，最大反力为 500000N,在30ms左右处出现。6E+&D5Rigidwal Force尺igidv总II Forc-ft5E+0054E+D05-1E+M5-°D0.01D.020.03CL04D.05Time 7msD.060.07o.oa0.09图15刚性墙反力

10、时间历程曲线要满足碰撞法规试验的要求，从技术指标上来讲，就是使车体的 碰撞性能及乘员的损伤指标都在一定的限制范围以内。 其中，乘员头 部、胸部的碰撞加速度受车体碰撞加速度的影响较大， 所以在生产实 际中，降低车体碰撞加速度是设计需要重点考虑的一个方面， 由刚性 墙反力曲线可以得到整车加速度曲线如图 16所示：从图中可知，对应于刚墙反力最大处的整车最大加速度为45.6g图16整车加速度时间历程曲线4.5主要吸能部件变形及吸能情况分析碰撞过程中，前防撞梁、吸能盒以及前左右纵梁（如图17）吸收了碰撞的大部分能量，为主要吸能部件。图17主要吸能部件4.6主要吸能部件变形图图18到图22为主要吸能部件O

11、ms、20 ms、40 ms 60 ms、80 ms变形,第11页共23页安全带安装点强度分析第12页共23页安全带安装点强度分析图 18 0ms图 19 20ms图 20 40ms第#页共23页安全带安装点强度分析图 21 60ms图 22 80ms从变形图中可以看出，两侧吸能盒均正向压溃吸能充分，但右侧 吸能盒压溃不如左侧充分。两侧纵梁中后段充分弯折，但纵梁前段未 见明显压溃或弯折迹象。主要原因在于，发动机几何尺寸较大，且为 前排气布置，几何前端线超过纵梁前段（见图 23）。在20ms左右， 吸能盒未完全压溃时，防撞梁内凹，撞到发动机，发动机通过悬置将 左右纵梁向内拉，使得纵梁中后段开始发

12、生弯折，而处于发动机悬置 前端的纵梁前段未发生压溃。第13页共23页安全带安装点强度分析安全带安装点强度分析图24为碰撞结束时前防撞梁变形图，可见防撞梁刚度略显不足,内凹明显图24前防撞梁变形安全带安装点强度分析图25为右侧吸能盒变形图，从图中看出，由于前防撞梁刚度不足 导致在碰撞过程中向左右两侧传力不均匀，导致右侧吸能盒后段未完 全压溃。图25左侧吸能盒变形4.7 B柱下端减加速度在匹配乘员约束系统时，需要提供整车碰撞减加速度、ECU减加速度以及B柱下端减加速度等时间历程曲线，而在模拟乘员约束系统 第14页共23页安全带安装点强度分析时，B柱下端减加速度时间历程曲线是其中最重要曲线之一。根据

13、原方案与改进方案碰撞结果对比分析，减加速度时间历程曲线如图28所示，从图中看出，加速度峰值逐步递增，过度平稳，未 出现加速度值陡降等情况，曲线走势正常，左B柱峰值为50g，右B柱峰值为45.5g,与同类车型B柱加速度峰值相当。图28 B柱下端加速度时间历程曲线4.8门框变形量根据汽车碰撞法规规定，碰撞结束后对应于每排座位，至少要一 个车门能正常打开。在碰撞仿真的过程中，确定碰撞结束后能否在规 定作用力下正常开启难度较大，因此，一般通过对车门框的变形量的 分析间接的评价这项内容。在纵向冲击力的作用下，汽车门框主要承受与车辆坐标系 XZ平 面平行的纵向冲击力的作用，门框变形主要表现为纵向压缩的状况

14、。 当车门框变形量足够大以至于与车门发生挤压，使车门发生变形，在变形力的作用下会出现门框与车门之间的卡死现象， 是导致车门不能第15页共23页安全带安装点强度分析开启的主要原因图24门框变形参考点位置图如图24所示，取出门框上下铰链和门锁处的参考点，分别测出 门框图示的S1 （上铰链处）、S2 （门锁处）、S3 （下铰链处）的变形 量，来判断门框与车门发生挤压的程度大小。图25门框变形量曲线图根据门框变形量曲线图，分别得到上下铰链及门框门锁处的变形量，如表3所示。门框动态变形量最大值为16.2mm,最大静态变形量第16页共23页安全带安装点强度分析第17页共23页安全带安装点强度分析最大入侵量

15、109.4mm为10.8,均小于一般要求的40mm。表3门框变形量/mm最大动态变形量最大静态变形量S1 （上铰链处）16.210.8S2 （门锁处）12.17.4S3 （下铰链处）4.62.54.9前围板侵入量在正面碰撞过程中，前围板的侵入是造成假人胸部、腹部以及大腿受到伤害的主要原因，如果侵入量过大，则可能导致这些部位的伤害程度高于国标的要求。前围板最大动态侵入量（图26）为109.4mm，小于一般要求的最大侵入量150mm。前围板最大静态侵入量（图27）为89.4mm，小于一般要求的130mm。Conloui PlnlTracking Syst'cm id = 17 1Q4E-H

16、D1 i-5fl27E<1 4 560E-HQ13 273E-H311 996E-HJ1? ia7E-a- 5.5B4E4®Max=Mod« 1骑陌Mn = -5.EE4E4(Node 15724S ,图26前围板最大动态侵入量ComourFIfflIrKhing &押gm id = 1«-3J3aE4D!l-7.B51E4niT沁枸图27前围板最大静态侵入量值得说明的是，变形量最大变形处为安装在右侧前围板上的ABS控制器支架向内挤压所致，考虑到左侧为驾驶员侧，有方向盘等硬物 挤压的可能，此处对左侧进行了单独分析。图27为前围板左侧变形最大时与变形结

17、束时刻的位移对比图， 从图中看出，左侧前围板侵入 量明显小于右侧最大动态侵入量为 92.6mm,静态68.7mm,而且前 围板左侧对应于假人膝部的位移较小，最大动态变形量77.8m m，静态变形量为64.5mm。Co item PalD-IGfilatBrfUilCCZp9?G3E-Hl1I-：:： -w=i7D63E"H1I=5辭划卜3叱11 卜2634£和卜 I S3CE-H1IL暫伽袖 Nenedl MaK = 9263E-Hll隅却152619 hin-&799E4» 闻da I車朋I对应于假人膝部变形量77.8mm变形最大时刻Cmr P41Dis

18、plac 虫 rrunl 旧Tr-ackinfli S«lflm id - 1EGB7££-taisax£-taiG9GE 就n4 3£?E<I1 g-3£17E-iOl |-2G7BE-tai 1S3匪初 l-9!SE-rfQ I-1GE-hX) -£.799Eta)Mah：=Gfl7«E1Ncde-15%19Mr-fi.739E-HKNocfelflSl对应于假人膝部变形量64.5mm变形结束时刻图27前围板左侧变形最大时与变形结束时刻的位移对比4.10 A柱侵入量A柱侵入量是衡量碰撞过程中驾驶舱室总体挤

19、压空间的重要指 标，图28为A柱最大动态变形时刻与结束变形时刻侵入量对比图， 从图中看到，A柱最大动态变形量为27.4mm,小于一般要求的最大 动态变形量35 mm，最大静态变形量为12.5mm，小于一般要求最大 静态变形量25 mm。图28 A柱最大动态变形时刻与结束变形时刻侵入量对比4.11方向盘侵入量图29为方向盘及其中部区域最大动态与最大静态侵入量对比图，从图中可以看到，最大动态侵入量为79mm，最大静态侵入量为53mm;中部区域最大动态侵入量为38.5mm，最大静态侵入量为28.6mm中部区域最大动态侵入量38.5mm中部区域最大j静态侵入量28.6mm图29方向盘及其中部区域最大动态与最大静态侵入量对比5总结本文根据项目组提供的数模，进行了该车的正面结构的碰撞模 拟，在模拟过程中，严格按照项目组提供的模型，真实反映了实车的 结构形式，根据项目组提供的材料特性、密度、质量设置参数等进行 计算。由于尚未进行实车试验，一些参数的调整只能根据经验数据获 得，故在此我们对模拟结果进行初步评价。碰撞模拟的结果如下：1）由碰撞过程中的能量变化曲线可以看出，总能量基本守恒，主要 由