汽车车身结构碰撞模拟计算

• 作 者: 李建新
• 机 构: 东北大学
• 出 处: 东北大学
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 汽车 车身结构 正面碰撞 侧面碰撞 抗撞性 计算模拟 碰撞模拟 汽车交通事故 车辆碰撞安全

随着汽车保有量的增加和车速的提高，汽车交通事故成为了危害人类生命安全的重大社会问题之一，其死亡人数已经超过了在战争中死亡的人数。基于安全方面的考虑，我国于2000年制订实施了汽车被动安全法规《关于车辆正面碰撞乘员保护法则(CMVDR294)》，法规首次对车辆的碰撞安全性提出了一些要求，由于我国此前无此相关法规的要求，所以造成许多汽车厂家要重新考虑汽车碰撞安全性的结构设计，在经济条件不允许做实车碰撞试验的情况下，在碰撞模拟仿真的基础上改进汽车结构抗撞性也是一条行之有效的办法。
本文详细介绍了碰撞有限元基本理论和有关算法，涉及到的内容包括有限元求解控制方程、单元离散、沙漏模态控制、时间积分、材料模型和应力修正、薄壳单元算法以及接触碰撞界面算法等。
计算机仿真研究是现代汽车碰撞研究的重要方法，所使用的碰撞模拟软件众多，本文介绍了包括LS-DYNA在内的几种常用汽车碰撞模拟软件及前后处理器，其中对本次碰撞模拟选用的LS-DYNA的功能特点作了详细介绍。
本文以某一车型为例，在前处理器FEMB中建立碰撞汽车的三维实体模型，其中模型包含弹簧阻尼等零件和一些零部件的不同联结方式，然后对实体模型进行有限单元划分，对不同的零部件选取不同的材质、单元类型和单元算法。
本文应用非线性有限元理论，利用LS-DYNA软件分别对汽车与刚性墙和移动壁障进行了碰撞仿真，从中发现了汽车碰撞的一些基本特征和碰撞参数，在此基础上对不同初速度的完全正面碰撞和不同碰撞角度的侧面碰撞两种情况进行了模拟仿真，分析在这两种情况下碰撞参数的一些变化规律以及缘由。最后对基于汽车碰撞安全性的结构改进和后续工作提出了一些意见。