车身结构强度与碰撞安全分析技术

车身结构强度与碰车身结构强度与碰撞安全分析技术撞安全分析技术u安全性法规（ NCAP)u有限元方法的理论基础u仿真工具u工程应用实例内容提要安全性法规（ NCAP)u U.S. - FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard, )u Canada - CMVSS (Canada Motor Vehicle SafetyStandard)u Europe - European Regulation (European Economic Commission)u Japan - Safety Regulation For Road Vehicles u Australia - ADR (Australian Design Rule) u China CMVDR 294 (China Motor Vehicle Design Regulation,GB)各地区安全法规各地区安全法规 汽车安全标准 (NCAP) NCAP 星级评价组织或新车评价体系 ,是轿车（尤指新上市车型）碰撞安全的一种标准。 它是行业性标准，不同于政府强制性法规 ; 主要有美国 US-NCAP、欧洲EURO-NCAP、日本 JNCAP、澳大利亚 ANCAP等 ; 这些国家的星级评价，主要以美国星级评价为基础，因而内容基本相同 .NCAP标准与政府法规的区别政府性法规 NCAP标准强制性法规要求 非强制性标准碰撞速度相对较低碰撞速度要求高于法规是新车上市的最低要求是对车辆安全性的更高要求结果为： “ 通过” 或者 “ 不通过” 结果为：星级评价 安全性法规（ NCAP)NCAP（新车评价体系）的试验内容以及与相对应法规的比较安全性法规（ NCAP)Phase One 正常驾驶Phase Two 发生危险Phase Three 不可避免Phase Four事故发生Phase Five事故后处理主动安全与被动安全安全性法规（ NCAP)安全性法规（ NCAP)NCAP(新车评价体系 )的实验内容安全性法规（ NCAP)前碰撞试验 法规 比较试验形态 FMVSS208 US-NCAP IIHS ECE94 Euro-NCAP CMVR 294 NCAP CHINA完全壁障 48km/h 完全刚性固定壁障，完全正碰或 30度倾角 , 前排座椅都有假人，且需安全带56km/h完全刚性固定壁障，完全正碰，前排座椅都有假人，且需安全带- - 48km/h完全刚性固定壁障，完全正碰，前排座椅都有假人，且需安全带刚刚引入40偏置 - - 64km/h 40% 偏置装固定壁障，完全正碰56km/h 40% 偏置装固定壁障，完全正碰，前排座椅都有假人，且需安全带64km/h 40% 偏置装固定壁障，完全正碰前排座椅都有假人，且需安全带刚刚引入安全性法规（ NCAP)欧洲欧洲 NCAP前碰撞方法前碰撞方法u 试验前车的准备 若有气囊检查安全气囊一切正常； 放掉油箱中所有的汽油并且发动汽车把油耗干； 在油箱中灌满水，水的质量为满箱油质量的 90%； 把前排座椅放在导槽的中间，并且放置两个假人； 测试车的重量：包括燃料，冷却液，润滑油，备用胎，测试设备等。 离合器，刹车板以及加速板的中心点； 方向盘中心点； 测量碰撞前门的距离安全性法规（ NCAP)欧洲欧洲 NCAP前碰撞方法前碰撞方法u 测试参数 碰撞前：u 车的测试速度：测试点离壁障尽量近，目标速度 64km/h(+/-1km/h);u 碰撞区域：碰撞区域 40 (+/-20mm)车的宽度（不包括后视镜） ;u 试验前门需关闭，但不锁，测试中也不能打开； 碰撞后：u 试验后记录下打开门所需的力，打开角度为 45度；u 记录下假人的位置；u 记录下从车里取出假人的方法，要求不须调整椅背即可将假人移出车外；u 测取需要记录侵入点的侵入量；u 燃料泄漏要小于 30g/min；安全性法规（ NCAP)前碰撞评价指标前碰撞评价指标安全性法规（ NCAP)正面碰撞实验评价方法（美国正面碰撞实验评价方法（美国 NCAP)安全性法规（ NCAP)正面碰撞实验评价方法（欧洲正面碰撞实验评价方法（欧洲 NCAP)安全性法规（ NCAP)测 量指 标 点数头 部 HIC值头 部加速度0 4分颈 部 剪力轴 向 张 力向后弯矩0 4分胸部 胸部 压缩 量胸部粘性指 标0 4分下肢 大腿 负 荷膝盖 压缩 量胫 骨指数0 4分假人损伤值换算得分假人损伤值换算得分安全性法规（ NCAP)侧面碰撞试验法规比较侧面碰撞试验法规比较试验 形 态 FMVSS214 US-SINCAP IIHS ECE95 Euro-SINCAP CMVDR 295 NCAP CHINA直角 - - 51km/h可 变形的运 动 壁障（ 0.95吨），垂直正碰，手刹 车释放，燃料 为满载 的 9294，放两个假人50km/h可变 形的运动 壁障（0.95吨），垂直正碰，燃料为满载 的90，放一个假人50km/h可变 形的运动 壁障（0.95吨），垂直正碰，燃料为满载 的90，放一个假人50km/h与 ECE95基本相似，今年 7月开始 实 施。可 变 形的运 动壁障（ 0.95吨），垂直正碰，燃料 为满载的 90，放一个假人刚刚 引入倾 斜 54km/h 可 变形的运 动 壁障（ 1.368吨），与 Y成 27度，手刹 车拉上，燃料为满载 的 92 94，放两个假人62km/h可 变形的运 动 壁障（ 1.368吨），与 Y成 27度，手刹 车拉上，燃料为满载 的 92 94，放两个假人- - - - 刚刚 引入安全性法规（ NCAP)侧面碰撞实验方法（欧洲侧面碰撞实验方法（欧洲 NCAP）u 试验前车的准备 车辆状态是静止； 放掉油箱中所有的汽油并且发动汽车把油耗干； 在油箱中灌满水，水的质量为满箱油质量的 90%； 驾驶员座椅放置在导槽的中间位置； 在驾驶员位置放置 ES-2假人； 测量车的重量：无负载情况 100kg（包括假人及其相关测试设备） 标注出座椅的 R点；安全性法规（ NCAP)u 测试参数 碰撞前：u 运动壁障车的测试速度：测试点离碰撞区尽量近，目标速度50km/h(+/-1km/h);u 避免运动壁障车与试验车发生二次碰撞；u 运动壁障车与试验车的碰撞放置：u 目标对齐的位置：运动壁障车的中心线与 R点一致（ 25mm ）u 测试期间车门不能打开； 碰撞后：u 试验后记录下打开门所需的力，打开角度为 45度；u 记录下假人的位置；u 记录下从车里取出假人的方法，要求不试用工具能将假人模型移出；u 燃料泄漏要小于 30g/min；侧面碰撞实验方法（欧洲侧面碰撞实验方法（欧洲 NCAP）安全性法规（ NCAP)侧面碰撞评价指标侧面碰撞评价指标法 规 头 部 颈 部 胸部 腹部 腰部 车 体 变形美国FMVSS214US-SINCAPHIC TTI 腰加速度 不 评 价美国IIHSHIC 张 力压缩 力胸部位移VC肩位移 骼骨 负 荷大腿 负 荷评 价欧洲ECE-R95Euro-NCAPHIC加速度 胸部位移VC腹部 负 荷 耻骨 负 荷 评 价中国CMVDR295NCAP-China 安全性法规（ NCAP)侧面碰撞实验评价方法（美国侧面碰撞实验评价方法（美国 NCAP)安全性法规（ NCAP)侧面碰撞实验评价方法（欧洲侧面碰撞实验评价方法（欧洲 NCAP)安全性法规（ NCAP)测量指标 点数头部 HIC值头部加速度0 4分胸部 胸部位移胸部粘性指标0 4分腹部部 腹部负荷 0 4分腰部 耻骨负荷 0 4分假人损伤值换算得分假人损伤值换算得分安全性法规（ NCAP)侧面柱撞试验方法（欧洲侧面柱撞试验方法（欧洲 NCAP）安全性法规（ NCAP)u 试验前准备 放掉油箱中所有的汽油并且发动汽车把油耗干； 在油箱中灌满水，水的质量为满箱油质量； 驾驶员座椅放置在导槽的中间位置； 在驾驶员位置放置假人； 测量车的总重量； 碰撞位置：在侧边门的参考线上，过该参考线的横向垂直平面通过假人头部重心位置； 在车的位置上标上标记。侧面柱撞试验方法（欧洲侧面柱撞试验方法（欧洲 NCAP）安全性法规（ NCAP)u 测试参数 碰撞前：u 使刚性柱与参考线对齐；u 刚性柱：离地高度不低于 102mm，需高于车顶 100mm，刚性柱的直径为 245mm（ /-3mm）；u 碰撞速度：台车的加速度不能超过 1.5m/s2,目标速度29km/h(+/-0.5km/h)u 碰撞角度： 90度（ +/-3度） 碰撞后：u 试验后记录下打开门所需的力，打开角度为 45度；u 记录下假人的位置；u 记录下从车里取出假人的方法；u 测取侵入点的侵入量；侧面柱撞试验方法（欧洲侧面柱撞试验方法（欧洲 NCAP）安全性法规（ NCAP)碰撞综合评价方法（欧洲碰撞综合评价方法（欧洲 NCAP)安全性法规（ NCAP)美国和欧洲碰撞法规试验方法的差别：美国和欧洲碰撞法规试验方法的差别：1、移动障碍壁的质量、尺寸及形状不同、移动障碍壁的质量、尺寸及形状不同2、碰撞形式不同、碰撞形式不同3、碰撞速度不同、碰撞速度不同4、碰撞点位置不同、碰撞点位置不同5、乘员损伤评价方法不同、乘员损伤评价方法不同有限元方法基础适用领域适用领域有限元法几乎适用于所有的工程领域，有限元法几乎适用于所有的工程领域，应用最为广泛的是结构工程、材料科学领域应用最为广泛的是结构工程、材料科学领域中的应力、应变和位移的分析计算。中的应力、应变和位移的分析计算。在车身结构设计中，主要用于车身结构在车身结构设计中，主要用于车身结构分析、模态分析、碰撞模拟分析、模态分析、碰撞模拟有限元方法基础基本思想基本思想拉伸筋凹槽圆角凹槽凹模模腔压边圈压料面冲 头“以直代曲以直代曲 ”，以离散体代替连续体，以离散体代替连续体拉伸筋凹槽圆角凹槽凹模模腔压边圈压料面冲 头有限元方法基础有限元方法的基本步骤有限元方法的基本步骤1、结构离散化、结构离散化2、位移模式的选择、位移模式的选择3、单元力学特性分析、单元力学特性分析4、等效节点力计算、等效节点力计算5、建立整体结构的平衡方程、建立整体结构的平衡方程6、求解未知节点的位移及单元应力、求解未知节点的位移及单元应力有限元方法基础有限元方法的基本步骤有限元方法的基本步骤1、结构离散化、结构离散化把无限变量处理成有限变量的过程称为离散化。有限元把