汽車低速正面碰撞仿真結(jié)果分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u7164低速正面碰撞仿真結(jié)果分析概述 1293171.1模型可靠性分析 1268101.1.1能量守恒分析 1287011.1.2質(zhì)量守恒分析 2219171.2車身結(jié)構(gòu)變形分析 21.1模型可靠性分析為保證計(jì)算結(jié)果的可靠性與運(yùn)算的穩(wěn)定性，對模型進(jìn)行有效性的驗(yàn)證是必不可少的。在整車碰撞仿真分析中判斷仿真結(jié)果是否可靠，需要對能量曲線和質(zhì)量增加曲線進(jìn)行判斷。在碰撞過程中，整車系統(tǒng)滿足能量守恒定律，按照規(guī)定沙漏能需要低于總能量的5%，增加的質(zhì)量占整車總質(zhì)量的比例也要小于5%。因此，為保證后續(xù)分析和優(yōu)化模型的可靠性，從能量曲線和質(zhì)量增加曲線入手，驗(yàn)證汽車模型的有效性。本次計(jì)算在LS-DYNA軟件中進(jìn)行，4核CPU和300M內(nèi)存空間的設(shè)置，以保證計(jì)算的順利進(jìn)行，最終計(jì)算需要的實(shí)際時間約為32h28min。通過查看結(jié)果文件glstat中的Energy和AddedMass可以得到碰撞過程的整車能量曲線與質(zhì)量增加曲線。1.1.1能量守恒分析整車系統(tǒng)發(fā)生碰撞的過程中總能量遵循能量守恒定律，如下圖1.1所示，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)總能量（TotalEnergy）、系統(tǒng)總動能（KineticEnergy）、系統(tǒng)總內(nèi)能（InternalEnergy）、系統(tǒng)沙漏能（HourglassEnergy）這四種類型的能量變化。在碰撞過程中，車輛內(nèi)能與動能變化趨勢相反，一者不斷增加另一者則不斷減少，達(dá)到一定值后兩者的曲線趨于平衡，同時兩者的變化合理，系統(tǒng)總能量基本不變。本次系統(tǒng)總能量約為1.177×107J，沙漏能最大為63584J，最高的沙漏能占總能量0.54%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總能量的5%，故可以說明本次計(jì)算結(jié)果的有效性。圖1.1低速結(jié)構(gòu)正面碰撞能量曲線圖1.1.2質(zhì)量守恒分析質(zhì)量守恒是一種可以用來評定汽車模型計(jì)算穩(wěn)定的指標(biāo)，在碰撞過程中，汽車模型質(zhì)量增加曲線如圖1.2所示。從圖中可以清楚地得知在汽車低速正面碰撞過程中，模型質(zhì)量一共增加了12.75kg，而汽車模型總質(zhì)量約為886kg，可以知道增加的質(zhì)量占總質(zhì)量的1.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5%，故滿足模型計(jì)算穩(wěn)定的要求。圖1.2低速結(jié)構(gòu)碰撞仿真質(zhì)量變化圖1.2車身結(jié)構(gòu)變形分析按照RCAR低速正面全寬碰撞法規(guī)要求，分析本次汽車模型內(nèi)外部結(jié)構(gòu)變形情況，并結(jié)合碰撞能量變化趨勢，截取低速碰撞時的前端結(jié)構(gòu)變形。結(jié)合碰撞仿真過程中不同時刻車身結(jié)構(gòu)變形情況和能量曲線圖，將該款汽車低速碰撞過程大致分為三個階段。第一階段為車輛與剛性壁障剛接觸到部分變形階段，發(fā)生在0~0.02s時間內(nèi)，對應(yīng)圖14（a）~（b），車輛開始受到剛性壁障的作用力發(fā)生變形，車輛前防撞梁發(fā)生部分凹陷變形。第二階段為車輛變形階段，發(fā)生在0.02~0.07時間內(nèi)，對應(yīng)圖14（b）~（e），此階段車輛發(fā)生較大變形，在0.05s時，前防撞梁已經(jīng)發(fā)生較大變形，前翼子板開始起皺，在0.07s時，前防撞梁與前翼子板發(fā)生最大變形，引擎蓋微微翹起。第三階段為車輛回彈階段，發(fā)生在0.07~0.16s時間內(nèi)，如圖14（e）~（f），車輛發(fā)生回彈，車身變形有所恢復(fù)。從變形結(jié)果來看，相比于高速碰撞來說，并沒有產(chǎn)生破壞性的損傷，但是對于汽車維修經(jīng)濟(jì)性來說，盡量降低引擎蓋、前大燈和前翼板的損傷，可以有效降低維修費(fèi)用，降低上述部件的損傷則需要對整車的車身造型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時間較短，故不進(jìn)行研究。（a）0s（b）0.02s（c）0.05s（f）0.16s（e）0.12s（d）0.07s圖1.3碰撞仿真過程不同時刻結(jié)構(gòu)變形情況當(dāng)碰撞發(fā)生到0.07s時，車輛前部出現(xiàn)最大變形，隱藏前防撞梁等影響視線的部件，進(jìn)行碰撞前后車身前部零部件的變形對比。如圖1.4所示，保險(xiǎn)杠橫梁的變形對汽車前端模塊造成了很大壓力，從而對模塊造成損害，增加維修成本。為了更加準(zhǔn)確的分析和判斷保險(xiǎn)杠橫梁在變形后，它是否會碰到汽車前端模塊，對保險(xiǎn)杠橫梁沿x方向的侵入量大小進(jìn)行了分析。如圖1.5所示，選擇保險(xiǎn)杠中部節(jié)點(diǎn)2031260與吸能盒后端剛性板上某點(diǎn)（2038251）的相對位移作為分析對象，從圖中可以看出，保險(xiǎn)杠的最大侵入量為121.14mm。經(jīng)過測量結(jié)果可知，保險(xiǎn)杠橫梁相距汽車前端模塊約為110mm，故保險(xiǎn)杠橫梁的侵入量過大，碰撞最嚴(yán)重時會擠壓到前端模塊，說明該橫梁剛度比較薄弱，沒有良好的耐撞性，將導(dǎo)致汽車維修經(jīng)濟(jì)性較差。因此，保險(xiǎn)杠橫梁是后續(xù)的重點(diǎn)優(yōu)化對象。圖1.4汽車前部結(jié)構(gòu)變形對比圖1.5保險(xiǎn)杠橫梁x方向侵入位移曲線圖當(dāng)汽車發(fā)生高速碰撞時前縱梁起到吸收能量和引導(dǎo)變形的效果，作為汽車重要的安全部件，它的變形直接涉及到汽車內(nèi)乘員的安全情況，但是在低速碰撞中，碰撞能量較小，前縱梁一旦發(fā)生嚴(yán)重變形將導(dǎo)致維修費(fèi)用的大大增加。低速碰撞過程中，吸能主要是指前端緩沖區(qū)的吸能部件依靠自身變形能量來吸收。圖1.6為前縱梁的有效塑性變形圖，RCAR試驗(yàn)規(guī)定是在低速碰撞條件下主要的變形吸能部件為吸能盒與保險(xiǎn)杠橫梁，前縱梁與汽車其他部件相同，均應(yīng)為不受碰撞影響的零部件，故其塑性變形量應(yīng)控制在5%之內(nèi)。由圖可知，前縱梁塑性變形為4.25%，在規(guī)定要求范圍之內(nèi)。圖1.6前縱梁有效塑性變形圖圖1.7系統(tǒng)加速度變化曲線從圖1.7可以看出，在20ms~40ms內(nèi)，主要是保險(xiǎn)杠橫梁發(fā)生變形折彎，加速度迅速增加，40ms后吸能盒開始變形，在這一過程中，加速度減小到一定值后又開始增加，但未超過峰值加速度。70ms之后為整車卸載階段，加速度開始逐漸減小到0，從圖中可以看出最大系統(tǒng)加速度發(fā)生在吸能盒吸能開始階段，大小為0.148mm/ms2。維修經(jīng)濟(jì)性評估方法是統(tǒng)計(jì)記錄低速碰撞下車輛各損傷零部件的數(shù)目、程度及相應(yīng)的維修說明[32]，計(jì)算車輛的總維修價格，然后根據(jù)維修費(fèi)用和出廠廠商的銷售價格，對車輛維修經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析，由于本次仿真分析所用模型時間太過久遠(yuǎn)，