轎車準靜態(tài)頂蓋抗壓及動態(tài)翻滾虛擬試驗研究.pdf

1、車輛翻滾是一種傷亡風(fēng)險極高的事故形態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，美國每年翻滾事故中喪生人數(shù)達到近萬人，約占機動車碰撞死亡總數(shù)的三分之一;在我國，乘員安全同樣受到翻滾事故的嚴重威脅。車輛項蓋侵入是翻滾事故中乘員傷亡的主要原因，也是當前翻滾安全試驗程序?qū)嚿斫Y(jié)構(gòu)強度的主要考察參數(shù)之一。美國聯(lián)邦機動車輛安全標準FMVSS216是翻滾安全領(lǐng)域全球影響力最大的強制性法規(guī)，但其加載條件一直飽受爭議;同時該試驗在準靜態(tài)條件下開展，難以反映真實事故的特點。轎車的JRS(

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

3、項蓋強度的影響，并對近側(cè)及遠側(cè)頂蓋抗壓性能差異進行評估;然后對車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件以及擋風(fēng)玻璃在頂蓋抗壓中的作用進行敏感性分析;最后分別建立近、遠側(cè)頂蓋抵抗力的響應(yīng)面模型，通過優(yōu)化評估來確定最嚴格的頂蓋加載角度。結(jié)果表明:近側(cè)頂蓋的強度整體上高于遠側(cè);擋風(fēng)玻璃在頂蓋抗壓中貢獻強度的變化范圍為18％～37％;此外，俯仰角和側(cè)傾角的變化對項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，頂蓋強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，頂蓋強度均隨著角度增大而明顯降低。從頂蓋強度變化范圍來看，側(cè)傾角對遠側(cè)強度的影響更大，而俯仰角對近側(cè)強度影響更顯著。綜合優(yōu)化評估來看，45°側(cè)傾角以及10°俯仰角組合為最嚴格的頂蓋加載角度。
　　 基于JRS試驗程序，開展整車動態(tài)翻滾安全性能研究。建立整車JRS虛擬試驗?zāi)Ｐ秃笸ㄟ^頂蓋沖擊試驗進行驗證。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、車輛頂蓋在準靜態(tài)和動態(tài)試驗條件下的性能差異。通過參數(shù)分析，研究JRS初始試驗設(shè)置包括車輛跌落高度、翻滾速度以及移動路面初速度等對車輛翻滾響應(yīng)特性的影響。試驗結(jié)果表明，相同試驗條件下，車輛遠側(cè)頂蓋的侵入風(fēng)險遠高于近側(cè)。初始側(cè)傾角或初始俯仰角增加時，遠側(cè)頂蓋侵入程度顯著上升，而近側(cè)侵入明顯下降。從車輛在準靜態(tài)和動態(tài)試驗中頂蓋性能差異來看，F(xiàn)MVSS216試驗中近側(cè)頂蓋的加載距離標準過于寬松;在翻滾的慣性作用下，遠側(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)項蓋侵入量、侵入速度峰值變化幅度分別為210％和92％，而遠側(cè)侵入程度無顯著差異。在不同移動路面初速度下，遠側(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試驗條件開展了道路路面對車輛翻滾響應(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)對車輛頂蓋侵入的影響十分顯著;而路面剛度對頂蓋侵入特性影響很小。不同路面剛度下，遠側(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型頂蓋以及新型蛋盒式頂蓋防護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，開展準靜態(tài)抗壓測試來研究蛋盒形的抗壓變形特性并對有限元模型進行驗證。在JRS基準試驗條件下，分別對加強型頂蓋以及蛋盒形蓋板對翻滾過程中的