基于SolidWorks和LS_DYNA的汽车保险杠低速碰撞仿真研究.docx

基于 SolidWorks 和 LS-DYNA 的汽车保险杠低速碰撞仿真研究谢颂京（浙江经济职业技术学院，浙江 杭州 310018）摘 要：以显式动态有限元理论为基础，对汽车保险杠的碰撞进行了计算机模拟研究。用 Solidworks 建立了汽车保险杠与刚性墙低速碰撞的仿真模型，用 ansys 对模型进行前处理，调用 LS-DYNA 求解器进行求解，最后用 LS-PROPOSTD 做了后处理，得到了保险杠的位移、动能、内能和应力等变化情况，分析结果显示保险杠能吸收大部分能量，对前围件起 到了较好的保护作用。关键词：保险杠；低速碰撞；LS-DYNA；吸能盒中图分类号：U491.6文献标识码：B文章编号：1672-545X（2014）02-0103-02汽车保险杠是用来抵挡较小的碰撞，当发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护翼子板、散热器、发 动机罩和灯具等，当汽车与行人发生碰撞时，最大限 度的保护行人。保险杠系统在“低速碰撞”和“行人保 护”两方面都起着非常关键性的作用，因此是国内外 汽车被动安全领域中的主要研究内容1。当前很多国 家对汽车保险杠制定了相应的法规和试验规范。如美 国保险杠（CFR581）标准、欧洲车辆前部防护装置法 规（ECE R42）以及我国汽车前、后端保护装置评价标 准 GB17354-1998。因此研究汽车在低速正面碰撞时， 保险杠系统的冲击缓冲吸能，对于增强车辆的被动安 全性，实现保险杠的轻量化设计具有重要意义24。fi 为单位质量体积力；x咬i 为加速度。质量守恒方程： = J0（2）式中， 为当前质量密度；0 为初始质量密度；鄣xiJ =为变形梯度行列式。鄣xj能量守恒方程：E觶觶觶= s-（p + q）（3）ijijij式中， 为现时构形的体积；觶 ij 为应变率；q 为体积黏性阻力。1碰撞性能分析的基本理论方程碰撞过程属于非线性动态接触变形问题，接触和冲击载荷影响着碰撞的全过程。碰撞分析涉及一 个含未知边界条件的偏微分方程求解问题，即动态 接触问题。LY-DYNA 求解计算中对求解单元最常用 的拉格朗日坐标下使用网格离散。根据连续介质力 学的质量、动量和能量守恒方程，保险杠系统的基本 方程可分别写成：动量方程：2保险杠系统有限元建模建立保险杠模型是有限元分析的第一步，模型质量的好坏对后续有限元分析起着至关重要的作 用，直接关系着保险杠系统分析工作的计算量，本文 应用 SolidWorks 软件建立汽车保险杠的几何模型。 为了进行有效的有限元分析，本模型对保险杠局部 结构简化，保险杠模型如图 1 所示。然后将模型保存 为 ACIS（*.sat）格式，然后将该模型导入到 ANSYS 中 划分有限元网格，并由 ANSYS 生成 LS-DYNA 使用x咬 i = ij + fi（1）式中，ij 为柯西应力张量；收稿日期：213-12-06基金项目：浙江省教育厅资助项目（编号：Y201120010） 作者简介：谢颂京（1977），男，山东曹县人，讲师，研究方向为汽车检测技术。103Eqquuiippmmeennt Manufacturing Technology No.2，2014关键字的 K 文件，对文件进行修改部分控制参数语句后，交由 LS-DYNA 进行数值计算。计算完成后，使 用 LS-PREPOST 进行查看结果。4 km/h降低了碰撞峰值，当压力传递到吸能区时，吸能区才通过发生压溃变形来吸收碰撞能量，从而减少对汽 车大梁的结构损伤。从 4（a）、（b）可以看出，骨架的动 能减少量大大小于内能的增加量，说明保险杠的能 量主要以变形塑性功对外表现，保险杠随发生了较 大的位移，但其结构变形不大。吸能盒保险杠杠体吸能盒刚性墙5Part No：保险杠杠体 吸能盒零件 1吸能盒零件 2图 1 保险杠三维模型示意图433求解分析21保险杠模型由保险杠横梁、保险杠吸能盒、支座及刚性墙四部分组成。保险杠和吸能盒为空心方管， 采用薄壳 shell63 单元建模，刚性墙为实体结构，采用000.010.020.03Time0.040.05图 4（a）保险杠动能图solid164 单元建模。保险杠采用“弹塑性 + 破坏”材料模型，即材料达到失效应变后发生破坏。保险杠为主 接触面，保险杠为从接触面。为简化求解过程，将保险 杠和横梁连接关系处理成共节点接触，保险杠与刚性 墙之间共线。划分为的有限元示意图如图 2 所示。1Part No：保险杠杠体 吸能盒零件 1吸能盒零件 20.80.60.40.200.010.020.03Time0.040.050图 4 （b）保险杠内能图5结束语图 2 保险杠有限元模型图4碰撞计算结果分析综上分析，我们可以得出：（1）通过对汽车保险杠的模拟分析，建立了通用 保险杠分析的模型，且建模方法可以应用到其他零 部件的分析当中。（2）本文模拟得到了保险杠能量、位移、应力等 随时间变化的规律，其结果反映了保险杠结构特性， 对保险杠设计具有较强的借鉴意义。（3）碰撞模拟结果显示，保险杠与刚性墙碰撞 时，大部分能量被保险杠杠体所吸收，很大程度上转 变为保险杠和吸能盒的塑性变形，从而减少了碰撞 带给汽车内部结构件的损伤。保险杠有限元模型以 4 km/h 的速度与质量为1 000 kg 刚性墙进行正面碰撞。保险杠杠体与吸能盒零件位移量如图 3 所示。从图 3 可以看到，碰撞过程 中保险杠的吸能盒位移量很大，说明保险杠的位移 量主要集中在吸能盒区域，而保险杠杠体的位移量 约为吸能区位移量的一半。Part No：302520151050保险杠杠体 吸能盒零件 1吸能盒零件 2参考文献：1 胡远志，曾必强，谢书港. 基于 LS-DYNA 和 HyperWorks 的 汽车安全仿真与分析M. 北京：清华大学出版社，2011.2 葛如海，王群山. 缓冲吸能式保险杠的低速碰撞试验和仿 真J. 农业机械学报，2006（2）：29-32.3 曾必强，胡远志，谢书港. 保险杠与车身连接方式对行人保 护的影响分析J. 汽车工程，2011（7）：594-597.4 米 林，魏显坤，万鑫铭，等. 铝合金保险杠吸能盒碰撞吸能 特性J. 重庆理工大学学报（自然科学版），2012，26（6）：1-7.5 于英华，郎国军. 基于 LS-DYNA 的汽车保险杠碰撞仿真研 究J. 计算机仿真，2007，24（12）：235-238.（下转第 141 页）00.010.020.03Time0.040.05图 3 保险杠位移量正面碰撞过程中保险杆各零部件的动能和内能 的变化曲线如图 4（a）、（b）所示。从保险杠内能曲线 可以看出，碰撞发生后，保险杠杠体约从 8 ms 开始吸 收能量，而吸能盒从 20 ms 开始内能增加。整个保险 杠在进行到 45 ms 以后，保险杠杠体的内能达到最高 值且不再增加，这说明保险杠在发生碰撞时，保险杠 杠体首先起到缓冲作用，吸收了碰撞的大部分能量，104X.方向位移内能（E+6）保险杠动能（E+3）The Design and Application of Cylindrical Vessel Magnetic Flux Leakage Testing InstrumentVehicle Bumper Crash Simulation based on SolidWorks and LS-DYNAXIE Song-jing（Zhejiang Technical Institute of Economics，Hangzhou Zhejiang 310018，China）装备制造技术2014 年第 2 期采用所研制的卧式储罐形容器内部漏磁检测 仪，对整个容器的腐蚀情况进行扫描。经过整体扫 描，发现在筒体和封头处均存在缺陷，图 12 和 13 分 别为截取的卧式储罐筒体和封头处的一部分扫描彩 色带图，从带图中可以看出，此次研制的卧式储罐漏 磁内检测仪不仅能检测出缺陷的存在，检测的精度 可以达到容器壁减的 20 %，根据彩色带图的颜色能 清晰分辨出不同严重程度的容器缺陷。象，研制开发了卧式储罐漏磁扫描检测仪。实验室实验和实际检测应用表明：漏磁扫描检测方法可以对 卧式储罐进行快速大面积普查检测，所开发的卧式 储罐漏磁扫描检测仪可以同时对容器内、外壁缺陷 同时进行检测，这为现场卧式储罐的全面检测和评 价提供了一种新检测方法，可在卧式储罐现场实际 检测中推广应用。参考文献：1 胡浪涛，何辅云. 管道漏磁检测磁化系统研究和设计J. 电 子测量与仪器学报，2008，22（6）：102-106.2 王贤琴，阮江军，杜志叶. 钢管漏磁探伤中孔洞缺陷的漏磁场分析J. 无损检测，2005，27(12):249-241.3 戴 光，崔 巍，杨志军，等. 三维有限元的换热管缺陷漏磁 场数值模拟J. 压力容器，2009，26(11):21-26.4 熊昌胜，何仁洋，陈华伟，等. 钢质管道外壁爬行漏磁检测技术在工程中的应用J. 管道技术与设备，2010，26(1):95-98.图 12 储罐筒体漏磁检测彩色带图图 13储罐封头处漏磁检测彩色带图4结束语本文以卧式储罐内部漏磁扫描检测为研究对 LIU Peng1，BAI Ming-chao2( 1. Anhui Special Equipment Inspection Institute，Hefei 230051，China；2. Northeast Petroleum University of Mechanical Science and Engineering Institute，Daqing Heilongjiang 163318，China )Abstract：There are huge amounts of cylindrical vessels in the petroleum and petrochemical enterprise and storage anddistribution stations, How to conduct a comprehensive inspection of the corrosion of cylindrical vessel is often a problem concerned by non-destructive testing personnel. This paper offer a inner magnetic flux leakage scan detecting technology method and design a inner magnetic flux leakage scanning instrument of cylindrical vessel based on the feature of the cylindrical vessel. The results of test indicate that the detector can conduct a quick large area scanning detection.Key words：cylindrical vessel；magnetic flux leakage；corrosion；scan!（上接第 104 页）Abstract：This paper studies the crash of vehicle bumper by computer simulation based on explicit dynamic theory ofinfinite element method. The paper established a simulation method of rigid wall and bumper by SolidWorks, and it pre-processed the model by ansys, and called solver of LS-DYNA to solve the model. Finally , it post-processed the model by LS-PREPOSTED and anal