乘用車碰撞安全約束系統(tǒng)建模規(guī)范目錄1 范圍 12 規(guī)范性引用文件 13 術(shù)語 14 軟件設(shè)施 25 輸入數(shù)據(jù) 26 約束系統(tǒng)子總成建模 26.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 36.2 內(nèi)飾系統(tǒng) 46.3 安全氣囊總成 56.4 安全帶總成 76.5 座椅總成 87 座椅和假人的定位 97.1 座椅定位調(diào)節(jié) 97.2 假人定位調(diào)節(jié) 108 安全帶纏繞生成 119 約束系統(tǒng)裝配 129.1 干涉和穿透檢查 129.2 分總成裝配要求 1210 接觸設(shè)置 12附錄A 14附錄B 15乘用車碰撞安全約束系統(tǒng)建模規(guī)范范圍本規(guī)范規(guī)定了乘用車約束系統(tǒng)匹配分析的建模處理方法、要求和流程。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。整車CAE通用建模規(guī)范乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范正面全寬碰撞約束系統(tǒng)匹配分析規(guī)范術(shù)語安全帶SafetyBelt&SeatBelt具有織帶、扣帶、調(diào)節(jié)件以及將其固定在機動車輛內(nèi)部的連接件，用于在車輛驟然減速或碰撞時通過限制佩戴者身體的運動以減輕其傷害程度的總成，包括吸能或卷收織帶的裝置。安全帶調(diào)節(jié)裝置BeltAdjustingDevice使安全帶能按照座椅位置和佩戴者的要求面進(jìn)行調(diào)整的裝置。調(diào)節(jié)裝置可以是帶口，或卷收器，或安全帶的其他部件的一部分。安全氣囊總成AirbagAssembly用于機動車輛上輔助安全帶和約束系統(tǒng)作用的裝置，在發(fā)生嚴(yán)重碰撞時自動展開一個柔性結(jié)構(gòu)，通過壓縮包含其中的氣體，限制車輛乘員身體的一個或多個部分與車內(nèi)部件的接觸力。卷收器Retractor用于全部卷收或部分卷收安全帶織帶的裝置。座椅調(diào)節(jié)器AdjustmentSystemoftheSeat能將座椅或其部件的位置調(diào)整到適應(yīng)乘員乘坐姿態(tài)的裝置，該裝置至少應(yīng)有縱向、垂直以及角位移的功能。R點RPoint制造廠為每個座椅規(guī)定的，與車輛結(jié)構(gòu)相關(guān)的基準(zhǔn)點。H點HPoint按試驗程序規(guī)定安放在車輛座椅中的三維H點裝置（HPM）的軀干與大腿的鉸接中心。H點位移該裝置兩側(cè)H點標(biāo)記鈕中心線的中點。在理論上H點與R點一致。如按試驗程序規(guī)定確定，即認(rèn)為H點相對座椅墊結(jié)構(gòu)固定的，且隨座椅的調(diào)節(jié)而移動。約束系統(tǒng)RestraintSystem一種用于特定車輛類型或制造廠定義的并經(jīng)檢測機構(gòu)認(rèn)可類型的系統(tǒng)，由一個座椅和通過適當(dāng)方式固定到車輛上的安全帶組成，另外還包括在車輛突然減速式，通過限制佩戴者身體的運動，減少佩戴者傷害的所有元件。軟件設(shè)施整車碰撞安全約束系統(tǒng)建模軟件推薦使用PRIMER14.0及以上版本。輸入數(shù)據(jù)建立整車碰撞安全約束系統(tǒng)模型，輸入數(shù)據(jù)應(yīng)包括：滿足《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》具體要求的整車有限元模型；內(nèi)飾系統(tǒng)：地毯/膝墊3D數(shù)據(jù)以及材料參數(shù)，方向盤及內(nèi)飾的開裂線數(shù)據(jù)及其失效載荷。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：轉(zhuǎn)向管柱壓潰力與壓潰距離曲線；座椅總成：坐墊材料遲滯因子、卸載形狀因子，坐墊摩擦系數(shù)；安全帶總成：幾何3D數(shù)據(jù)，安全帶織帶延伸率，預(yù)緊器點火時刻、預(yù)緊特性曲線（如力與位移曲線或預(yù)緊量與時間曲線），限力等級；安全氣囊總成：幾何3D數(shù)據(jù)，氣袋折疊方式和最大體積，氣袋材料力學(xué)特性及泄氣率，氣體發(fā)生器的壓力曲線、質(zhì)量流率曲線、溫度曲線以及氣體成份、百分含量，氣囊點火時刻。前碰假人有限元模型：HybridⅢ50%男性假人、HybridⅢ5%女性假人、Q3兒童假人；側(cè)碰假人有限元模型：WorldSID50%假人、EuroSID-2假人、SIDⅡs假人。約束系統(tǒng)子總成建模轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成建模，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》附錄A中A.10要求。對方向盤和轉(zhuǎn)向管柱需要細(xì)化建模，要求如下：方向盤總成將方向盤總成通過開裂線分為兩部分，方向盤罩和氣囊模塊，如圖1所示。方向盤總成示意圖方向盤輪圈建模，外罩采用殼單元（*SECTION_SHELL）模擬，材料采用關(guān)鍵字*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY定義；骨架采用體單元（*SECTION_SOLID）模擬，材料采用關(guān)鍵字*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY定義，骨架與外罩之間采用Rigid單元連接，如圖2所示。方向盤輪圈建模模擬示意氣囊模塊建模，見本章節(jié)6.1內(nèi)容。開裂線建模，在開裂線處留出1mm的間隙，采用連接單元（*CONSTRAINED_SPOTWELD）模擬兩部件的開裂失效，如圖3所示，其參數(shù)見表1所示。開裂線建模模擬示意表1連接單元參數(shù)N1N2SNSSNMTFEP其中，需要設(shè)置法向失效力值SN，設(shè)置剪切失效力值SS。此失效力值需要設(shè)計部門輸入。轉(zhuǎn)向管柱轉(zhuǎn)向管柱壓潰方式的設(shè)置。為了提高計算效率，需對轉(zhuǎn)向管柱壓潰形式采用彈簧單元（*SECTION_DISCRETE）簡化模擬，彈簧材料采用關(guān)鍵字*MAT_SPRING_INELASTIC定義，輸入轉(zhuǎn)向管柱壓潰力與壓潰距離曲線，如圖4所示。轉(zhuǎn)向管柱壓潰模擬示意內(nèi)飾系統(tǒng)內(nèi)飾系統(tǒng)總成建模，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》附錄A中A.16要求。對內(nèi)飾開裂線和地毯建模，有要求如下：內(nèi)飾開裂線內(nèi)飾開裂線建模，主要針對安全氣囊安裝部位，其建模方法參考本章節(jié)6.4.1所述方向盤開裂線模擬。地毯地毯采用六面體實體單元（*SECTION_SOLID）建模，在厚度方向劃分3層實體單元，且其上、下表面包裹一層殼單元，如圖5所示，單元網(wǎng)格基本尺寸為10mm，地毯材料采用關(guān)鍵字*MAT_SPRING_GENERAL_NONLINEAR定義，殼單元材料采用關(guān)鍵字*MAT_NULL定義，殼單元厚度設(shè)定為0.1mm。地毯模擬示意安全氣囊總成網(wǎng)格劃分安全氣囊總成包括：主駕氣囊（DAB）、副駕氣囊（PAB）、膝部氣囊（KAB）（如有）、主駕側(cè)氣囊（SAB）、側(cè)氣簾（CAB）。氣囊采用等邊三角形單元建模，單元基本尺寸控制在10mm，為方便氣囊折疊需要，網(wǎng)格在幾何平面盡量保持橫平豎直，從而減少折疊中產(chǎn)生的翹曲與穿透。氣囊折疊通過有限元前處理軟件PRIMER中Tools→Safety→Airbags功能，對主駕氣囊（DAB）、主駕側(cè)氣囊（SAB）和側(cè)氣簾（CAB）進(jìn)行折疊處理。副駕氣囊（PAB）為氣囊袋片，其無法展平，不適合折疊方式，故采用縮放法模擬。氣囊折疊前狀態(tài)，如圖6所示；對應(yīng)氣囊折疊后狀態(tài)，如圖7所示。氣囊折疊前狀態(tài)示意圖氣囊折疊后狀態(tài)示意圖材料與屬性氣體發(fā)生器，采用關(guān)鍵字*AIRBAG_PARTICLE_ID定義，參數(shù)見表2所示。對于折疊氣囊，可用粒子法模擬氣囊；對于縮放氣囊，需要設(shè)置TSW=0.0，轉(zhuǎn)化為控制體積法模擬。表2氣體發(fā)生器參數(shù)BAGIDHEADINGSID1STYPE1SID2STYPE2BLOCKNPDATAFRICIRPD1NPUNITVISFLGTATMPATMNVENTTENDTSW200000012931.013E-4TSTOPTSMTHOCCUPREBLSIDSVPSID110.10IAIRNGASNORIFNID1NID2NID3CHMCD_EXT參數(shù)NVENT：氣囊的進(jìn)排氣口數(shù)量，并激活對應(yīng)參數(shù)卡片設(shè)置；參數(shù)IASR：激活氣囊內(nèi)部初始?xì)怏w設(shè)置；參數(shù)NGAS：氣體成分?jǐn)?shù)量，并激活對應(yīng)參數(shù)卡片設(shè)置；參數(shù)NORIF：噴嘴數(shù)量，并激活對應(yīng)參數(shù)卡片設(shè)置。其參數(shù)設(shè)置，如圖8所示。*AIRBAG_PARTICLE_ID參數(shù)設(shè)置示意氣囊織物材料，采用關(guān)鍵字*MAT_FABRIC定義，其屬性采用*SECTION_SHELL（ELFORM=5）定義。氣囊拉帶模擬，可簡化為彈簧單元（*SECTION_DISCRETEELFORM=0）模擬，材料采用關(guān)鍵字*MAT_SPRING_GENERAL_NONLINEAR定義。連接方式安全氣囊總成連接方式主要是節(jié)點重合。編號規(guī)則安全氣囊總成各個部件和連接部件編號，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》中章節(jié)6.4和9.2建模要求。檢查與歸檔安全氣囊總成完成建模后，需要對6.1.1～6.1.5內(nèi)容進(jìn)行檢查，確認(rèn)滿足各項建模要求。安全氣囊總成模型文件歸檔，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》中章節(jié)6.3.2命名要求。安全帶總成安全帶總成包括：安全帶卷收器、織帶、滑環(huán)（D環(huán)）、滑環(huán)調(diào)節(jié)器、鎖扣。其各個部件模擬定義如下，如圖9所示：與假人接觸部分使用2D安全帶單元模擬腰帶和肩帶，與假人無接觸部分可用1D安全帶單元模擬。1D/2D安全帶單元，采用關(guān)鍵字*ELEMENT_SEATBELT定義；滑環(huán)單元，采用關(guān)鍵字*ELEMENT_SEATBELT_SLIPRING定義；安全帶卷收器單元，采用關(guān)鍵字*ELEMENT_SEATBELT_RETRACTOR定義；安全帶預(yù)緊器單元，采用關(guān)鍵字*ELEMENT_SEATBELT_PRETENSIONER定義；觸發(fā)傳感器單元，采用關(guān)鍵字*ELEMENT_SEATBELT_SENSOR（SBSTYP=3）定義。安全帶建模示意材料與屬性1D/2D安全帶材料，采用關(guān)鍵字*MAT_SEATBELT定義，其屬性采用*SECTION_SEATBELT定義。連接方式安全帶總成連接方式，1D安全帶單元與2D安全帶單元之間采用RIGID單元連接。編號規(guī)則安全帶總成各個部件和連接部件編號，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》中章節(jié)6.4和9.2建模要求。檢查與歸檔安全帶總成完成建模后，需要對6.2.1～6.2.3內(nèi)容進(jìn)行檢查，確認(rèn)滿足各項建模要求。安全帶總成模型文件歸檔，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》中章節(jié)6.3.2命名要求。座椅總成座椅總成建模座椅總成建模，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》附錄A中A.17要求。座椅泡沫壓縮座椅泡沫壓縮，在座椅和假人定位調(diào)節(jié)（見本章節(jié)7.1和7.2）之后，通過有限元前處理軟件PRIMER中Tools→Safety→Seatsquash功能，采用“Primer法”或“DYNA法”壓縮座椅泡沫。“Primer法”方法簡單快捷，移動假人模型使其在座椅泡沫上留下印記，座椅泡沫只有變形，沒有初始應(yīng)變。“DYNA法”需要創(chuàng)建DYNA計算文件，對假人施加強制位移，壓縮座椅泡沫，座椅整體結(jié)構(gòu)變形，包含泡沫變形，泡沫包含有初始應(yīng)變。座椅坐墊壓縮步驟，如圖10所示。座椅壓縮示意圖座椅和假人的定位座椅定位調(diào)節(jié)座椅模型取自整車結(jié)構(gòu)分析模型，具有完整的座椅骨架及泡沫結(jié)構(gòu)，具有正確的機械機構(gòu)設(shè)置，便于不同工況座椅定位調(diào)節(jié)。通過有限元前處理軟件PRIMER中Tools→Mechanism功能，設(shè)置座椅機構(gòu)運動關(guān)系。座椅機構(gòu)定義將座椅模型導(dǎo)入PRIMER，在Mechanism功能下創(chuàng)建座椅機構(gòu)。座椅機構(gòu)定義如下，如圖11所示。組件（Assemblies），由Part來定義。在定位期間，每一個組件都將被視為剛體；鉸接（Connections），使用Node定義。僅用于機構(gòu)的定位，且不同于任何LS-DYNA的鉸鏈。鉸接類型有Pin、Hinge和Sliding；相關(guān)點（ReferencePoints），使用Node定義。例如H點，機械裝置可以通過相關(guān)點的坐標(biāo)系來定位。座椅機構(gòu)定義示意座椅機構(gòu)調(diào)節(jié)要求在定義機械裝置之前，應(yīng)將座椅各個部件分類放入各自的組件中；不同組件之間中不能共用節(jié)點；不同組件之間不能包含相互連接的單元，避免共節(jié)點問題；PRIMER在機械結(jié)構(gòu)的鉸接獨立于任何LS-DYNA中各個組件之間的鉸接。座椅模型不需要包含任何LS-DYNA的鉸鏈。座椅定位調(diào)節(jié)通過Mechanism功能中Position選項中調(diào)節(jié)座椅的前后、上下位置和靠背角度，以及對應(yīng)H點位置。假人定位調(diào)節(jié)以前碰HybridⅢ50%男性假人為例，說明假人定位步驟和要求。通過有限元前處理軟件PRIMER中Tools→Safety→Dummies功能，進(jìn)行假人的定位和調(diào)節(jié)。先將座椅機構(gòu)定位調(diào)節(jié)之后（見本章節(jié)7.1），再進(jìn)行假人定位調(diào)節(jié)，保證假人H點與設(shè)計或試驗的H點一致，假人各主要空間測量參數(shù)與試驗一致，保證假人與周邊部件，如方向盤、IP、護膝板、踏板、地板等無初始穿透。其他假人模型也采用上述方法定位。假人的定位將假人模型導(dǎo)入PRIMER，在Dummies功能中Position項的SetH-point選項下輸入H點坐標(biāo)，假人模型會自動定義在H點位置；在Rotate選項下輸入靠背角度，假人模型自動旋轉(zhuǎn)對應(yīng)角度。如圖12所示。假人模型定位調(diào)整示意假人部位調(diào)節(jié)通過Dummies功能中Position項的Moveparts選項中調(diào)節(jié)假人的各個部位的位置和角度，如圖13所示。假人各個部位調(diào)節(jié)示意安全帶纏繞生成通過有限元前處理軟件PRIMER中Tools→Safety→Seatbelts功能，進(jìn)行安全帶單元的創(chuàng)建及纏繞。以前碰HybridⅢ50%男性假人為例，先將假人定位到分析工況要求的位置（見本章節(jié)7.2），說明安全帶纏繞和生成步驟。其步驟如下：定義假人與安全帶的接觸部件，如圖14所示；安全帶纏繞從B柱處卷收器位置（點1）開始，沿著上滑環(huán)（點2）過假人胸部（點3-點5）至下滑環(huán)（點6），經(jīng)過假人腰部（點7-點10）到車身安全帶下固定點（點11），如圖15所示；定義與假人接觸部分的2D安全帶單元（肩帶和腰帶區(qū)域），以及與假人無接觸部分的1D安全帶單元，如圖16所示；軟件按照上述定義自動纏繞并生成安全帶單元，如圖17所示。安全帶纏繞和生成步驟a示意安全帶纏繞和生成步驟b示意安全帶纏繞和生成步驟c示意安全帶纏繞和生成步驟d示意約束系統(tǒng)裝配干涉和穿透檢查對于整車碰撞安全約束系統(tǒng)模型而言，模型中不允許有物理意義上的穿透存在。分總成裝配要求各個分總成裝配要求，參照《乘用車碰撞安全整車建模規(guī)范》中章節(jié)9.2。接觸設(shè)置約束系統(tǒng)建模需要建立如下接觸：假人自接觸（已含在假人模型中）；假人和座椅的接觸；假人和安全帶的接觸；假人和周邊件（方向盤、護膝板、地板、踏板及風(fēng)擋）的接觸；假人和安全氣囊的接觸；安全氣囊自接觸；安全氣囊和周邊件（方向盤、風(fēng)擋及內(nèi)飾板）。各個接觸設(shè)置要求，參照《正面全寬碰撞約束系統(tǒng)匹配分析規(guī)范》中要求。

附錄A（資料性附錄）A.1碰撞安全整車約束系統(tǒng)建模規(guī)范流程圖A.1碰撞安全整車建模規(guī)范流程

附錄B（資料性附錄）B.1約束系統(tǒng)建模參數(shù)輸入試驗B.1.1方向盤動態(tài)沖擊試驗：剛性碰撞器以某個初速度沖擊固定的方向盤，輸出方向盤輪輞的剛度曲線（力-位移曲線），如圖B.1所示。工況1：碰撞器以某個初速度沖擊方向盤上輪輞，剛性L型擋板約束下輪輞移動，固定約束方向盤后部；工況2：碰撞器以某個初速度沖擊方向盤下輪輞，剛性L型擋板約束上輪輞移動，固定約束方向盤后部；工況3：碰撞器以某個初速度沖擊方向盤輪輞中心，固定約束方向盤后部。圖B.1方向盤動態(tài)沖擊試驗示意B.1.2轉(zhuǎn)向管柱動態(tài)沖擊試驗：剛性碰撞器以某個初速度沖擊固定的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，輸出轉(zhuǎn)向管柱壓潰力與壓潰距離曲線，如圖B.2所示。工況1：碰撞器以某個初速度沖擊方向盤上輪輞，固定約束IP連接支架和轉(zhuǎn)向機連接鉸；工況2：碰撞器以某個初速度沖擊方向盤輪輞中心，固定約束IP連接支架和轉(zhuǎn)向機連接鉸；工況3：碰撞器以某個初速度沖擊方向