吸能盒在低速撞擊情況下的仿真與分析_曲明

1、第35卷第8期應(yīng)用科技Vol.35№.82008年8月AppliedScienceandTechnologyAug.2008文章編號:1009671X(2008)08005906吸能盒在低速撞擊情況下的仿真與分析曲明柳艷杰夏春艷李曉陽(哈爾濱工程大學(xué)機電工程學(xué)院黑龍江哈爾濱150001)摘要:以吸能盒的低速正面碰撞試驗為例利用Hypermesh軟件建立了由殼單元組成的吸能盒有限元模型應(yīng)用LSDYNA軟件進行了正面碰撞的模擬結(jié)果與試驗以及

2、理論數(shù)據(jù)對比驗證了仿真模型的可靠性.根據(jù)試驗和仿真結(jié)果確定了吸能盒結(jié)構(gòu)耐撞性方面的影響因素以此改進吸能盒耐撞性的方法.關(guān)鍵詞:吸能盒正面碰撞低速耐撞性中圖分類號:TH122文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ASimulationandanalysisonlowspeedcollisionofcrashboxesQUMingLIUYanJieXIAChunYanLIXiaoYang(CollegeofMechanicalandElectricalEnginee

3、ringHarbinEngineeringUniversityHarbin150001China)Abstract:Thispaperismainlydevotedtotheanalysisofafrontcollisionofcrashboxatlowspeed.AfiniteelementmodelofcrashboxwasbuiltupwithshellelementofHypermeshsoftwarepackage.Botht

4、heexperimentandtheoreticalanalysisverifiedthefeasibilityofsimulationmodel.Thereforethefactorsaffectingthecrashworthinessofcrashboxweredetermined.Theaspectsforimprovingthecrashworthinessofcrashboxarepointedout.Keywords:cr

5、ashboxfrontcollisionlowspeedcrashworthiness收稿日期:20070716.基金項目:黑龍江大學(xué)青年創(chuàng)新基金資助項目(QJ200633)作者簡介:曲明(1981)男碩士研究生主要研究方向:汽車安全性Email:quming3990@yahoo.com.cn.提高汽車在碰撞情況下的安全性和經(jīng)濟性已經(jīng)成為我國汽車被動安全性研究的重要課題.汽車在發(fā)生正面低速碰撞時主要通過車輛前部吸能盒的壓縮變形來充分吸收

6、碰撞動能及減小最大撞擊力以緩和沖擊.因此吸能盒的碰撞吸能特性和壓縮變形模式將決定著車身結(jié)構(gòu)在碰撞發(fā)生時的響應(yīng).1吸能盒的設(shè)計原則設(shè)計人員在設(shè)計吸能盒的結(jié)構(gòu)時會有一個撞擊力許可值的限制這是由車輛各個部件結(jié)構(gòu)間的剛度不同形成的.由于各部件結(jié)構(gòu)剛度不同當(dāng)吸能盒受到的撞擊力超過了測定的許可值在低速碰撞的過程中過大撞擊力將傳遞到前縱梁等除吸能盒以外的部件造成與其相連接部件的損壞將會修理費用增加如果吸能盒撞擊力小于許可值并且其吸能性較好而吸收了低速

7、碰撞的全部動能那么車輛除吸能盒以外的其他結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞而且這些結(jié)構(gòu)也不需產(chǎn)生塑性變形來吸收剩余的碰撞動能因此修理費用將會大幅下降.如果碰撞速度增加產(chǎn)生高速碰撞吸能盒無法吸收全部的碰撞動能那么剩余的動能就要由車輛的其他結(jié)構(gòu)來吸收這些結(jié)構(gòu)吸收的能量越多變形越大對乘員的危害也就增加因此設(shè)計人員要使吸能盒盡可能多的吸收能量.顯然吸能盒的長度越長可吸收的能量就越多但是吸能盒的長度受到汽車造型的限制不能隨意增加因此設(shè)計人員只能從提高其吸能性能入手

8、.如果吸能盒在單位壓縮長度內(nèi)吸收的能量越多即在吸收相等能量情況下產(chǎn)生的變形位移越小那么在相同的變形距離內(nèi)就可以吸收越多的動能這樣的吸能盒在長度相等的前提下就會優(yōu)于其他的吸能盒結(jié)構(gòu)車輛的被動安全性也會隨之提高.綜合以上對于車輛的吸能盒結(jié)構(gòu)較重要的設(shè)計原則是在碰撞過程中具有較小的壓縮位移不超過許可值的撞擊力峰值.3薄壁梁模型的試驗驗證3.1試驗驗證在試驗中薄壁梁的材料及鋼板速度均和上述的模型相同為了方便試驗和試驗結(jié)果比較有限元模型的形狀有些

9、改變這里采用的是圓形截面薄壁梁長度268mm厚度1.8mm直徑為70mm.有限元模型的變形情況如圖4所示.圖4有限元模型變形情況圖5有限元模擬和試驗的撞擊力位移曲線有限元模擬和試驗結(jié)果的撞擊力位移曲線比較情況如圖5所示.有限元模擬的撞擊力時間曲線和試驗結(jié)果的對比情況如圖6所示.圖6有限元模擬和試驗的撞擊力時間曲線模擬結(jié)果和試驗結(jié)果的主要參數(shù)的比較情況如表1所示.表1模擬結(jié)果和試驗結(jié)果的主要參數(shù)比較模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的比較撞擊力峰值kN平

10、均力kN峰值力出現(xiàn)的時間ms模擬結(jié)果131.3280.1110.4試驗結(jié)果125.1085.2511.3從有限元模擬結(jié)果和試驗結(jié)果的比較來看薄壁梁在壓縮過程中的變形趨勢是一致的而且數(shù)值上的差別較小.因此可以認(rèn)為前面建立的有限元模型是可靠的并且可以運用同樣的建模方法建立一系列的薄壁梁進行仿真模擬分析.3.2理論驗證經(jīng)過許多學(xué)者的不懈努力圓形截面薄壁梁結(jié)構(gòu)軸向壓縮的理論分析有了很大發(fā)展如果圓形截面薄壁梁軸向均勻受壓則其臨界壓應(yīng)力可用Donn

11、ell方程求得.在經(jīng)典線性解中圓形截面薄壁梁的臨界壓應(yīng)為σcr=2E3(1v2)tD≈1.2EtD.(7)式中:t為薄壁梁殼的厚度D薄壁梁的截面直徑E為彈性模量.由于經(jīng)典線性解和試驗結(jié)果存在較大誤差斯坦因等人提出了非線性前屈曲一致理論即斯坦因理論[5]圓滿解決了圓形截面薄壁梁臨界壓應(yīng)力的理論值問題.但是由于此理論的復(fù)雜性設(shè)計人員常采用經(jīng)驗公式驗證有限元模型的正確性.圓形截面薄壁梁平均撞擊力的經(jīng)驗公式為Fm=13.06σ0h2dh13.(