车身结构不同法规碰撞速度的计算机仿真
机械设计与制造 第11期
一182一 Ⅵach；n。ry De萄gn＆M龃ufac自勰2007年11月
文童编号：1∞l一，997(2007儿110182枷
车身结构不同法规碰撞速度的计算机仿真
万长末t 赵侠2
(-苏州职业大学机电工程系，苏州215104)(：辽宁石油化工大学职业技术学院，抚顺113001)
COmputer simufa打On of the s仃ucture 0f car bOdy for di仃ere nl crash Iaws
WAN Cllang-doll91，ZHAOⅪa2
(1D。panment 0f Mechmical aⅡd E“gin世面g，Suzhou vocali锄al UⅡlversity．S讪ou 215104，chi皿)
(2Higher Vocation8l Tcchnolo盱college山a曲i“g uⅡive商ty of Petmk¨m＆
che向cal‰hnolo目，Fushun 11300l，China)
【摘要】车身结构的碰撞性能对于汽车而言是非常重要的。建立正面碰撞的有限元模型，并根据法规
分别进行了48 3kⅡ汕和56km，h的车身正面碰撞，并进行了分析。仿真结果分析为汽车安全结构设计
提供了毒考依据。
关键词：正面碰撞；有限元法；碰撞性能；计算机仿真
【Abstr耻t】‰^聊n^i耻5s矿c盯6以r拓口8叮折咿Dn饥l扣r删‘鲫∞6；如．^』n洫e如腓眦如，抛f cr椰矗
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Key words．Fr蛐tal iIIlp眦t；Fjlli也eIement mdhod；orasI-worthi鼬皤；Computer siln珂ati佩
中图分类号：024l 82文献标识码：A
1前青
由于汽车事故造成的巨大损失，世界各发达国家都对汽车碰
撞安全性做出强制性要求，并且建立丁各自的法规。美国FMvs
靶08法规规定了汽车碰撞莲度为483k汕，欧洲EcE R 94f01
‘_来稿日期：000正12—29
法规规定了碰撞速度为56kmm。其它如巾国、日本、加章大、澳
太利亚等国家的法规基本上是参考美国和欧洲的法规制定的。
2车身有限元模型及建立
根据栗集到薛点云建立最垫简化cAD模型。采刷陆—d■
格式导^ANsYs，1wNA中建立有限元模型。经历了几何模型导
“+d十-p、■、4‘‘’??q，、，、■+q■、，、，、，、_‘‘?p●q，?
的脏结连接形式。直u顶薷板和车顶横粱间的连接、发动机罩内外 析．借助零件板厚对于一阶扭转模志频率的灵敏度分析得到以
板的连接等。胶结连接对于改善白车身的模态特性和HvH件 下结果：
能起着重要作用。 (1)影响白车身骨架结构一阶扭转模；$蹰章的关键框架缔输。
表3睦结前后模态频聿的变化 (2)悝悃外植胶结等腔结连接可以显著提高低阶模态频率，
夏磊丽互F——i磊i鬲了一 (3)安装莳后风窗玻璃后的幽车身骨熟第一盼扭转模J奄频
第一阶模志撷辛 23 16 25．30
第一阶扭转模志频率 25 25 26 88
5前后风窗玻璃对于模态频率的影响
没有安装风窗玻璃前的白车身相当于一个前后开口的箱型
结构，理论上可知风窗玻璃的安装将在彳H大程度上提高白车身
骨架的抗变形能力。因此针对前后风窗玻璃安装前后一阶扭转
模鑫频率∞变化进行了对比计算。
安装风葡玻璃后．自由模态振型中不再存在辅犁楗鑫撮型，
第一阶弹性模态振型即是一阶扭转模态，并且由千风亩玻璃对
于白车身骨架的加强，一阶扭转模态频率由安装前的26 88Hz
提高到37 60Hz．即安装前后风窗玻璃后的白车身骨架第一阶
扭转模态频率将会提高】0Hz左右。
6结束语
通过对某款三箱轿下白车身自由模态的仿真计算和结果分
章将会提高10m左右。
参考文献
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万方数据
第u期 万长东等：车身结构不同法规碰撞速度的计算机仿真 一183一
人、网格划分、材料定
义、接触定卫等等．最
终建立丁车身有限元
模型，本模型包括节点
约16353十，单元
】4274个。其模型如图
1所示。在碰撞过程
中．定义碰撞初始速度 图l车身有限兀模型
为48 3kII汕和56kⅡ血；定义球解时问为120册。
3 48krn，11汽车车身全宽正面碰撞安全性
分析
3．1碰撞过程加速度评价分析
奉文采用Ls—PREPosT进行后处理，由于车体上各点的求
解结罂不尽相同，不利于对部分指标进行评估，而发动机定望为
剐性体，用此有的指标可以取白发动机作为分析对象。绘制出碰
撞加逮度曲线如图2所示。
从速度曲线和加速度曲线可以大致看出，从加速度曲线中
我们可以得到加速度的最大值为57．稚，而且加速凄值的峰值山
理在18必一2‰8之间。该加速度峰值略大，而且在碰撞过程中
出现的比较早。
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阿2 48 3k曲碰樟对程加谴度曲线
3 2车身应力分析殛前纵粱吸能分析
整车v椰一Mi皓等效世力分布云图，如图3所示．从图中我们
可以清楚看出车身荐处的应力值分布情况：其中前立柱、前地板
也发生了很大的蜇性变形，尤其前立往与车身前蘸暌靖的位置血
力尤其^些，发生较大塑性变形。这对驾驶室来说是很危险的。，
上，采取局部改进的措施。针对上述仿真过程中表现出来的问
题。对车身的局部结构提出以下几点改进措施：
(1)前纵粱前端边缘弱化。
(2)对盐动机罩内板；I导槽改进。
拈)增加A柱的板料厚度，原来厚度为2mm增加到2 2衄。
(4)A柱下端与门槛架处的矗接发生了较大的失效变彤，因
此加强此处的连接。
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4．3车身结构改进后变形结果分析
如图5所示，分别是车身在各时刻的变形围，从图中可以看
出汽车前端发生丁比以前更明显的翘曲变形。车身左右两侧翼
子板和引擎盖均发生了较大的塑性变形，产生丁褶艟，起到了一
定的吸收能量的作用。还有^柱由于得到了加强．变形较小，有
效的保护了驾驶室的安全。车的尾部随着碰撞过程的深人，由于
碰撞的惯忭作用，逐渐出现更明显的上抬趋势。
崮5改进后48 3k帆车身碰{置小司时刻仿真亚彤幽
4．4车身结构改进后车身应力厦纵梁吸能分析
罔3 48 3k。m整车碰撞结束时的应力分布云图 车身Von—MI暗等效应力分布三图，如图6所示．从圈中我
如同4所示，其中前纵粱吸收了42567焦耳塑性变形能量． 们可以清楚看出车身各处的应力值分布情况：驾驶室塑性变7醇
占垫车总的内能的45％。 较小t^柱下端塑性变形较小，车身结构得到加强；前纵粱、发动
4车身结构改进及其仿真结果 机罩磊君翥簇：；；i嚣；：；：鬈：：：；嚣：；晶
4 1改进措施 18砷墙。珊内吸能量迅速增加，吸能时问此改进的53ma前有所
车身结构的改进一般采取不改动原有部件的总体陉计基础 增加。此后基本维持不变．到碰撞结束时所吸收的能量为48079
一∞古一耸制暑蛙暮掣西
万方数据
一184一 机械设计与制造
No．1l
Nov．2007
焦耳，碰撞吸能比原来增加5512焦耳。
综E目斤分析，可以看出车身结构的改进是比较有效的，可行的。
圈6改进后48f3kn仉·整车碰撞结束时的应力分布云图
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图7改进后48．3kr曲前纵梁正面碰撞吸能时间历程
5 56krn／}l汽车车身全宽正面碰撞安全
性分析
5．1碰撞过程加速度评价分析
如图8，从曲线可以看出，以15 5m旭(56km，11)的初速度发
生碰撞时，得到加速度的最大值为33乳．加速度峰值比48km，h
的要大10．99。参考文献”中54k--以的碰撞仿真结果，其中提到
的加速度曲线的峰值达到4咄。因此，加速度峰值可以接受。上，
采取局部改进的措施。针对上述仿真过程中表现出来的问题，对
车身的局部结构提出以下几点改进措施。
(1)前纵梁前端边缘弱化。
(2)对发动机罩内板引导槽改进。
(3)增加A柱的板料厚度，原来厚度为2mm增加到2．2mm。
(4M柱下端与门槛梁处的连接发生了较大的失效变形，因
此加强此处的连接。
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时间
图8 56k舶碰撞过程加速度曲线
5．2车身应力分析及前纵梁吸能分析
车身V佃一Miss等效应力分布云图，如图9所示，56km，ll碰
撞过程比48．3krn，ll时碰撞过程发生了更加猛烈的碰撞，冲击力
从前部传到后部有个时间上的延迟，数值也是在逐渐衰减。在车
身前端，碰撞产生的应力大大超过材料屈服应力而发生更大的
塑性变形．^柱前端■柱下端、口柱上端发生了塑性变形，但变
形都不是很大，驾驶室能够基本完好的保护乘员安全。
图9 56k旆整车碰撞结束时的应力分布云图
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物质内能
图10 56m前纵粱正面碰撞吸能时同历程
如图10，从前纵梁的吸能曲线可以看出纵梁在碰撞过程中
所吸收的能量为63378焦耳，碰撞吸能比48km，ll时多出15299
焦耳，吸收了大量的碰撞能量。
6总结经过上面对白车身以48㈣及56kmm碰撞速度进行计算
仿真的比较分析，我们可以看出：
(1)前纵粱是汽车在正面碰撞中吸收能量的关键部件，其变形
模式和吸收能量的多少对整车在碰撞过程起着非常重要的作用；
(2)车身前端冀子板、发动机罩、前围板等在碰撞过程中也
发生塑性变形以增大对碰撞能量的吸收：
(3)随着碰撞速度的提高，碰撞能量也变得更大。48 3k汕
的碰撞速度时．改进后碰撞吸能效果良好能够达到抗撞性要求；
当速度提高到56k哪I时，碰撞变形明显加大，其抗撞性能也比
较满意。
由上所述，论文中对车身结构碰撞仿真及改进是具有一定
效果的，对车身耐撞性及吸能都有较大的改善，为汽车结构的安
全设计提供了参考依据。
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嘣”蟛雌Ⅲ¨吣。
^{目『)g{≈18《亩宣屯窖E_目{￡E
万方数据
车身结构不同法规碰撞速度的计算机仿真
作者： 万长东， 赵侠， WAN Chang-dong， ZHAO Xia
作者单位： 万长东,WAN Chang-dong(苏州职业大学,机电工程系,苏州,215104)， 赵侠,ZHAO Xia(辽宁
石油化工大学,职业技术学院,抚顺,113001)
刊名： 机械设计与制造
英文刊名： MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE
年，卷(期)： 2007，(11)
被引用次数： 0次
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxsjyzz200711076.aspx
授权使用：苏州工业园区软件与服务外包职业学院(szgyyqrjy)，授权号：d82b2ef3-4d52-44ab-ad66-
9eca00b95d99
下载时间：2011年4月19日
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