轎車準(zhǔn)靜態(tài)頂蓋抗壓及動(dòng)態(tài)翻滾虛擬試驗(yàn)研究.pdf_第1頁
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1、車輛翻滾是一種傷亡風(fēng)險(xiǎn)極高的事故形態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國每年翻滾事故中喪生人數(shù)達(dá)到近萬人,約占機(jī)動(dòng)車碰撞死亡總數(shù)的三分之一;在我國,乘員安全同樣受到翻滾事故的嚴(yán)重威脅。車輛項(xiàng)蓋侵入是翻滾事故中乘員傷亡的主要原因,也是當(dāng)前翻滾安全試驗(yàn)程序?qū)嚿斫Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要考察參數(shù)之一。美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS216是翻滾安全領(lǐng)域全球影響力最大的強(qiáng)制性法規(guī),但其加載條件一直飽受爭(zhēng)議;同時(shí)該試驗(yàn)在準(zhǔn)靜態(tài)條件下開展,難以反映真實(shí)事故的特點(diǎn)。轎車的JRS(

2、Jordan Rollover System)試驗(yàn)在動(dòng)態(tài)翻滾條件下開展,具有較高的代表性和可操作性;目前JRS的試驗(yàn)條件設(shè)置是相關(guān)試驗(yàn)開發(fā)研究的重要課題。此外,頂蓋防護(hù)裝置的開發(fā)也是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
   基于FMVSS216法規(guī),開展雙側(cè)頂蓋抗壓性能虛擬試驗(yàn)研究。首先建立了車輛項(xiàng)蓋抗壓有限元模型并通過準(zhǔn)靜態(tài)抗壓試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。采用全因子正交試驗(yàn)方法按照頂蓋準(zhǔn)靜態(tài)抗壓試驗(yàn)條件對(duì)9組側(cè)傾角以及4組俯仰角進(jìn)行組合試驗(yàn),研究加載角度對(duì)

3、項(xiàng)蓋強(qiáng)度的影響,并對(duì)近側(cè)及遠(yuǎn)側(cè)頂蓋抗壓性能差異進(jìn)行評(píng)估;然后對(duì)車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件以及擋風(fēng)玻璃在頂蓋抗壓中的作用進(jìn)行敏感性分析;最后分別建立近、遠(yuǎn)側(cè)頂蓋抵抗力的響應(yīng)面模型,通過優(yōu)化評(píng)估來確定最嚴(yán)格的頂蓋加載角度。結(jié)果表明:近側(cè)頂蓋的強(qiáng)度整體上高于遠(yuǎn)側(cè);擋風(fēng)玻璃在頂蓋抗壓中貢獻(xiàn)強(qiáng)度的變化范圍為18%~37%;此外,俯仰角和側(cè)傾角的變化對(duì)項(xiàng)蓋抗壓性能影響十分顯著。俯仰角相同,側(cè)傾角范圍在10°~45°時(shí),頂蓋強(qiáng)度隨著角度增加而持續(xù)下降。側(cè)傾角相同

4、,俯仰角范圍在5°~10°時(shí),頂蓋強(qiáng)度均隨著角度增大而明顯降低。從頂蓋強(qiáng)度變化范圍來看,側(cè)傾角對(duì)遠(yuǎn)側(cè)強(qiáng)度的影響更大,而俯仰角對(duì)近側(cè)強(qiáng)度影響更顯著。綜合優(yōu)化評(píng)估來看,45°側(cè)傾角以及10°俯仰角組合為最嚴(yán)格的頂蓋加載角度。
   基于JRS試驗(yàn)程序,開展整車動(dòng)態(tài)翻滾安全性能研究。建立整車JRS虛擬試驗(yàn)?zāi)P秃笸ㄟ^頂蓋沖擊試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在不同的初始側(cè)傾、俯仰角度組合條件下,研究整車慣性響應(yīng)以及頂蓋抗壓性能的變化。在既定初始角度下,分析

5、車輛頂蓋在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下的性能差異。通過參數(shù)分析,研究JRS初始試驗(yàn)設(shè)置包括車輛跌落高度、翻滾速度以及移動(dòng)路面初速度等對(duì)車輛翻滾響應(yīng)特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,相同試驗(yàn)條件下,車輛遠(yuǎn)側(cè)頂蓋的侵入風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于近側(cè)。初始側(cè)傾角或初始俯仰角增加時(shí),遠(yuǎn)側(cè)頂蓋侵入程度顯著上升,而近側(cè)侵入明顯下降。從車輛在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中頂蓋性能差異來看,F(xiàn)MVSS216試驗(yàn)中近側(cè)頂蓋的加載距離標(biāo)準(zhǔn)過于寬松;在翻滾的慣性作用下,遠(yuǎn)側(cè)頂蓋抵抗力峰值的增加幅度為

6、17%~72%。在不同初始跌落高度下,近側(cè)項(xiàng)蓋侵入量、侵入速度峰值變化幅度分別為210%和92%,而遠(yuǎn)側(cè)侵入程度無顯著差異。在不同移動(dòng)路面初速度下,遠(yuǎn)側(cè)頂蓋侵入量、侵入速度變化幅度分別為31%和63%,而近側(cè)侵入程度無明顯變化。
   在LS-DYNA模擬環(huán)境下,分別建立了瀝青,水泥及泥土路面的有限元模型,基于JRS試驗(yàn)條件開展了道路路面對(duì)車輛翻滾響應(yīng)特性的敏感性研究;分析不同道路剛度,摩擦系數(shù)對(duì)車輛慣性響應(yīng)以及頂蓋侵入特性的影

7、響。結(jié)果顯示,摩擦系數(shù)對(duì)車輛頂蓋侵入的影響十分顯著;而路面剛度對(duì)頂蓋侵入特性影響很小。不同路面剛度下,遠(yuǎn)側(cè)頂蓋侵入量變化范圍為2.2%~8.5%,侵入速度的變化范圍為0.8%~4.8%。
   本論文分別采用加強(qiáng)型頂蓋以及新型蛋盒式頂蓋防護(hù)裝置來提高車輛翻滾安全性。建立了蛋盒形結(jié)構(gòu)的有限元模型,開展準(zhǔn)靜態(tài)抗壓測(cè)試來研究蛋盒形的抗壓變形特性并對(duì)有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。在JRS基準(zhǔn)試驗(yàn)條件下,分別對(duì)加強(qiáng)型頂蓋以及蛋盒形蓋板對(duì)翻滾過程中的

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