基于ANSA正面100%碰撞的某SUV车身耐撞性分析

2023年11月21日发(作者：凯美瑞口碑汽车之家)

第

23

卷第

1

期

2021

年

1

月

交通科技与经济

Vol.23No.1

Technology

1

Economy

in

Areas

of

Communications

Jan2021

引用著录:都雪静,宋佳丽?基于

ANSA

正面碰撞的某

100%

SUV

车身耐撞性分析交通科技与经济

\"02123(1

):

4-

46,

53.

DOIcnki.

：

01.

10.19348/j.

issnl2021.007

008-5696.

基于

ANSA

正面

100%

碰撞的某

SUV

车身耐撞性分析

都雪静

，

宋佳丽

(东北林业大学

交通学院黑龙江

，哈尔滨

150040

)

摘要:为研究某

SUV

在基于

100%100%

正面碰撞事故中的耐撞性

，整车正面碰撞仿真模型

ANSASUV

建立某

。

依据

?C-NCAP

管理规则》柱加速度、

(2018

年版)

法规中正面碰撞试验及评价方法进行碰撞分析车门变形量

，

以

B

、

保险杠变形量

、

前围板侵入量等作为评价指标,对车身耐撞性进行评价分析

。

结果表明:保险杠与前纵梁变形良好

，

是碰撞过程中主要吸能部件;左右两侧满足碰撞要求

B

柱最大加速度分别为

35

g

、

38

g,

；门框变形量分别为

22

14

mm,

满足变形要求;前围板最大侵入量为超出目标值,需要进行结构或强度的改进和优化

153.1

mm,

，

并提出优

化方案

。

关键词:

ANSA

；

正面碰撞;耐撞性;前围板侵入量;结构强度优化

中图分类号:

U467.

1 1008-

+

4

文献标识码:

A

文章编号

：

5696(2021)0-004-06

Crashworthiness

analysis

of

anon

SUV

body

based

100%

frontal

collision

of

ANSA

DU

Xuejing,

SONG

Jiaii

(SchoolofTransportation,Forestry

Traffic

and150040,

Northeast

University,

Harbin

China)

Abstract

：

InordertostudythecrashworthinessofanSUVina100%frontalco

l

isionaccident

\"

thispaper

\"

based

SUV

onfrontal

a

ANSA

toto

establish

100%

collision

simulation

model

of

a

vehicle

,

according

the

C-NCAP

ManagementRules

(

2018Edition

)

regulationsinthefrontalcrashtestandevaluationmethodfor

co

ll

ision

analysis

uses

B-pi

aracceleration

door

deformation

bumper

deformation

andfront

wa

l

penetration

as

evaluation

indicators

to

evaluate

and

analyze

thethe

crashworthiness

of

car

body.

The

result

shows

that

thethe

bumper

and

front

railare

are

well

deformed

and

the

main

energy-absorbing

parts

during

the

collision

；,

theacceleration

maximum

of

thethe

sides

B-pillars

on

leftare

andand

right

35

gg

38

which

meet

the

requirements

ofof

the

collision

；,

thethe

deformation

door

framemm

is

22meet

and

14

mm

which

thethe

requirements

,

of

the

deformation

；

maximum

intrusion

of

the

front

wall

is

153.1

mm

which

exceeds

thetargetvalue

andthestructureorstrengthneedstobeimprovedandoptimized

andoptimizationplans

areproposed

Key

words

:

；；

ANSA

；；

frontal

collision

crashworthiness

frontwall

penetration

structural

1

strength

im

?

provement

从我国近年交通事故的总数量来看

，

虽然交通

收稿日期

：

2020-09-08

基金项目国家重点研发计划项目

：

(2O77YFCO8O39O1

)

；国家自然科

学基金资助项目

(51108068

)

；中央高校基本科研业务费专

项资金项目

(2572O17DBO1)

第一作者简介:教授博士

都雪静

(1975

—

)

女

，

，

，

研

究方向:汽车耐撞

性及轻量化设计

、

道路交通事故再现研究

通信作者简介:，，：

宋佳丽硕士研究生

1995

—

),

女

研究方向

SUV

轻

量化与安全性技术

.

事故的发生量呈下降趋势

，

但总体数量仍然较大

。

在碰撞事故中

，

正面碰撞数量约占

49%,

侧面碰撞

数量约占

25%,

追尾碰撞数量约占

22%

口

3

。

从交

通事故的发生率可以

得

知

，

汽车安全的重点是正面

碰撞

。

?

42

?

交通科技与经济

第卷

23

随着有限

研

论与计算机仿真软件的发展

，

人员可通过仿真软件建立汽车有限元模型

，

通过

材料

、

设

束等方式来再现汽

过程

\"

得到汽

、

过、、

的能量

变形

速度

应力等方面变化

。

近年来

，

国内外有很多学者对汽

了正面

。

国外的

Wood#

5

$

、

Dima#$

和

Leschke#$

等通过

正面

汽车的加速度

和位移响应

\"

来评价汽

的严重程度

。

Karthike

y

an#$

等在

ANSYS

中完成对汽车的正面

碰撞仿真

，

来评估汽车的

性

。

Carollo#

]

和

Masahito

[10

$

等通过对

SUV

车型正面碰撞的研究

,

探究了

SUV

正面

（

员体重要部位

如

头部和胸部

）

造成的损伤

。

国内的潘

以陆风某

SUV

车型为对象

\"

50仿

km/h

正面

【

真

，

验证了该有限元模型的有效性

[11

]

0

刘祯耀

〔

12

$

和

Kwon

】

13

等采用

LS-DYNA

正面

真分析

，

探究汽车的安全性

。$

都

1415

和

阮

16

$

等建立

SUV

正面低速碰撞有限元模型

\"

根据仿真险杠

。

吴斌和胡

等建立了

SUV

有限元模型

\"

安全性

真分析及

方

\"

有效提高

SUV

的刚度

。

文以某

SUV

为研究对象

，

基于

ANSA

软件

建立

有限元模型

，

扌

《

C-NCAP

则

（

2018

年版

）》

法

有限元模型正面

100%

重叠

刚性壁障的

真

，

通过

LS-DYNA

求解器分析

模型的

，

性能

并针对不足之处提出参考建

议,为后续

设计提供依据

。

1

正面碰撞有限元模型的建立

11

整车有限元模型的建立

应用

UG

软件建立

SUV

模型

，

将模

型转换成

stp.

格式

，

再导入到

ANSA

中

，

对模型进

期、

扌

网格

括几何

、

参数设

及输出控制等

，

完成正面

有限元模型的建立

。

考虑

真计

，

删除模型

不大的

不规则

。

，

如半径

5

mm

的凸台和沉孔

车

的薄板结构采用壳

，

发动机

、

变速

箱等不易变

构均采用实体

，

设置网格的基

尺寸为

10

mm,

而前部

区网格尺寸不宜

过大

，

网格大小控制在

5

度

mm

左右以提高

。

根据

BOM

（牙

材料明细

）

表赋予

材料属性扌

{

为弹塑性材料

，

采用

MAT24

模

*

过

，

发动机

、

变速箱、

刚性壁

部，

移而不

改变

，

采用

MAT20

进

行模拟;前

、

后挡风玻璃及轮

采用

MAT

?

ELAS

TIC

材料

模拟;焊点材料采用

MAT100

进行模

拟

，

实体属性控制关键字为

）

SECTION

—

SOLID

。

最终完

正面

有限元模型

，

如图

1

，

其

中包括

11

365

157

个壳单元

（299

477

个四边形单

元394

,65

680

）

、

67

个实体单元

。

图

1

整车正面碰撞有限元模型

1

?

2

参数设置

1.

2.

1

初始速度及步长

根据

《

C-NCAP

（

则

2018

年版

）

7

需要赋

予该

SUV

有限元模型

50

km/h

的初速度,方向为

直于刚性墙扌

ANSA

中需要将速度转化为

13

888.

9

mm/s,

并设置碰撞时间为

200

ms

。

122

过程中

，

车身各部

变形

、

接触

关系需

，

因此

，

网格设

，

关键字为

FACE刚

CONTACT

。

外

_

,面

AUTOMATIC

与为与

性

—

SINGLE

的

—

SUR-

面

接触

,,

需要设置面

关键字为

CONTACT

_

AU-

TOMATIC

__

SURFACE

_

TO

SURFACE

0

1.

2.

3

输出设置

在将

模型导入到

LS-DYNA

计算前

，

需要

求解出

扌

应的参数设置

°

输

出卡片的主要参数包括

：

CONTROL

—

ENERGY

,

各参数设置如图

2

所示

°

DATABASE

—

BINARY

—

D3PLOT

,

设置为

0.

005,GLSTAT

设置为

0.

001

NODOUT

设置为

0.

0001

。

13

仿真模型的有效性

汽

过

量守恒的过程

，

即除了产生

热量外

，

动能和内

互转换

。

读取

Glstat

文件

,

选

出

、

内能

、

系

和系统总能量曲

\"

3

。

3

可以看出

，

第

1

期

都雪静正面

，

等:基于

ansa

10043

%

碰撞的某

SUV

车身耐撞性分析

?

?

>

0C

EFG

J

ENERGY

J

D3PLOT

D3PROP

①

D3THDT

J

INTFOR

RUNRSF

J

GLSTAT

H3OUT

0

JNTFORC

①

MATSUM

J

NODOUT

RBDOUT

◎

RCFORC

\"

RWFORC

图

2

设置输出卡片的主要参数

2.4E+0081

2.2E+008

2.0E+008

1.8E+008

1.6E+008

1.4E+008

1.2E+008

1.0E+008

8.0E+007

6.0E+007

4.0E+007

2.0E+007

---

车辆动能

—

车魏内龍

---

系绕浊瀟能

---

系统总能量

图

3

整车能量变化曲线

2

正面碰撞仿真结果分析

有限元模型设置完

采用

LS-DYNA

求解

器

性

评价状况

。

匀速运动

，

在

7

ms

左右开始与刚性墙接触并发生碰

度速

度降为零

，

而由于汽

料\"

200

，

并在

70

ms

左右

部结构大部

，

需

出

K

文件

，并

，

仿真

使用

弹塑性材

反弹

，

以

1

ms/s

的速度反

，

符合实际

动

,

HyperView

进行数据分析及

2.1

整车速度分析

\"

最终趋

。

汽车的速度变化

过程中

，

整车在不同时刻的变形如

度

可

曲线如图

4

所示

。

4

图

5

)

以看出

,13速度做

刚

?

44

?

交通科技与经济

第卷

23

(a)

T=0

ss

(b)

T=30

(c)

T=60

ss

(d)

T=90

(e)

T=120

s

(f)

T=150s

(g)

T=180s

(h)

T=200

s

图不同时刻整车变形

5

2.2

B

柱加速度分析

合法

求

。

正面

，

B

度值是衡量整车

耐撞性的重

\"

反

员的头部加速

度。

通

况下将

度传感器安装

右

2.3

保险杠与前纵梁变形分

当汽

正面

的大部量

，

保险杠系统与

\"

梁

50%

以

B

柱与门槛梁的交。

，

可以在

Tools

操作界

#

0

$8

图

7

、

图

为保险杠与

梁碰撞

最先出现

:

面选择

Create

cards

的

）

ELEMENT-SEATBELT

?

的变

。

由图

7

可知,保险杠

有

，中间部

过

的

ACCELEROMETER

,

创建需要设置的加速度传感

变形

弯

，

说明很好

器

。

面

:

一

度测量点选

的

\"

近第一

二

原因有两方

了能量

，

缓解了

力

；

吸能盒和

构刚度产生的变

;

员的乘坐

感受到的加速

梁的前部

褶皱变形,说明汽

作用

。

部

【

能

量

，

起到了很好的减速和

够真

度变

反

员

过

况

。

2

?

4

前围板侵入量分

过程中\"气车的前部机等部

（

包括

取结果文件时

，

需要采用

SAE

60HZ

的滤

波通道对初始速度

波

，

进而得到左右两

B

柱的

） 移,进而使

会因变

板出现挤压变形

,

板

有

侵

员舱内

，

如果侵入量过大会

伤害。部

根据经验

\"

度曲线

，

如图

6，

）

左侧

B

度度

员的部及

腿

脚

的

为

35

g,

右侧

B

柱的

为

38g

。为

在不放

板侵

侵入量

150

mm,

符合法部伤害的要

腿

，

从图

9图

可以看

人的试

下

，

只有当整

证假人头部损

求

#

叮

。

9

度最

不超过

40

g

\"

经验要求的

（

出前围板的最大侵入量为

153.

1

mm,

大于

150

mm

伤值

HIC

&

以说

内皿

，

因此

，

可

员

伤害

，

符不

区域出现在右侧的脚部及腿部位置\"冬对副驾

过

员

腿

部伤害

。

第

1

期

都雪静正面

，

等:基于

ansa

10045

%

碰撞的某

SUV

车身耐撞性分析

?

?

图

6

左右两侧

B

柱加速度

曲线

门是否能正常开启

。

前门门框变

10

，

其

\"

门门

70

ms最大变形量

左右

部最

部最

，

且

上75

移量为

22

mm,

下部为

6

mm

；右

移量为

144

mm,

下部为

mm

。

由此

门门

ms

右达到最大变形量

\"

知

\"

右

合法

图

7

保

险

杠与前纵梁变形前

门门框变

门门框的变

求

。

50

mm

以下

，符

3

改进措施

针对前围板侵入量较大问题

，

可以从两个角度

进行改进

。

1)

考虑结构和材料

系统的

\"

S

板

改进

。

在材料方面

，

可以采用具有

效果的

，

材料

提高板的

力

；

，

可以的左右 区域

构方面

，

可以

图杠与前纵梁变形后

8

保

险

板处的下横梁与

机最

块

{

下横梁的抗弯强度

；

，

性方面

可以采用

刚度

，

从而提高

高强度

板的

性

。

属板厚度来

2) 板 『纵

由

受的

载荷来

梁

\"

梁由于弯曲变

的

不足

?

板侵入量

图

9

前围板动态侵入云

，

因此

，

还可以

梁进

设计

。

构方面

，

可以

，

以引

梁的变

变

。

梁内板

f

2.5

车门变形量分析

我国的

《

乘用车正面碰撞的乘员保护

》(

GB

11551-2003

)

规定

,

汽

门不应发生锁

外

，

纵梁截面形状近乎为矩形

，

而矩

扌

面横梁

受压力导

构失稳

\"

死

\"

况下

，

若

况下打开车门的力应小于

60N

。通

挡能力大幅下降

，

因此

，

还可以将纵梁截

门门框变

50

mm

之内

，

面改为

性方面

\"

，

梁尾部安装

，

的过

性

。

性

；

板

或者

可以在

梁各连接部分

以保证车门正常开启

#

2

$

。

选取前门上下

测量点

，

通过读取测量

与水平对应

B

的

移来判断车

来增加纵梁刚度

，

进而提高耐

?

46

?

交通科技与经济

第卷

23

(a)

左侧门框变形右侧门框变形

(b)

图

10

前门门框变形

4

以

某

SUV

模型为

[J$.

Internationalof

Journal

Automotive

Technology,

2019,20(4)655661.

象

，

通过运用有限元

#$

LESCHKE

A,

WEINERT

F,OBERMEIERM,

et

al.

MethodClassification

for

ofEventsin

Frontal

Collision

真分析技

SUV

的

正

面耐撞性

得出以下结论

：

1

&

过程中

，

整车的能量守恒分析以

及速度分析，

均验证了计算的有效性

；

Passenger

?

Cars

Based

on

Measurementof

Local

Com

ponent-Specific

Decelerations]J$.International

Journal

of

Automotive

Technology,

2020,21(4)785-794.

：

#$

KARTHIKEYAN

MP

,

JENARTHANAN

M

,

GIRI-

DHARANCrash

R

,

etInvestigationAnalysis

al.

on

of

2)

保险杠与

吸收了

的加

梁变形良好

，

减轻了

力

\"

量;左右

B

柱的

a

Frontal

Car

Bumper[J$.TransactionsIndian

of

the

Institute

2699-2709.

ofMetals,

2019,72(10)

：

度

50

g

；

车门门框的变形量

安全和合

性能

；，

过mm

的要求内

说

有良好的正面

员

的

#$

FILIPPO

CGABRIELE

,, ,

V

MVINCENZO

N

et

al.

Head,teenage

chestand

injurypedestrian

femur

in

-

3)

150

前围板右侧侵入量超过

\"

150\"

mm

区,

域较大\"

伤害

因此

SUV crash

；

mass

influence

?

on

the

speeds#].

Proceed

针对前围板和前纵梁提出了

_

系列优化设计建议

。

参考文献

：

[1

$

裘臻

，

包崇美.汽车主被动安全性的改善方法研究

ingsInstitutionEngineers,

of

the

of

Mechanical

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[10

$

MASAHITO

Hitosugi

,

YASUHIRO

Matsui.Safety

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the

Japanese

K-Car

in

a

Real-World

Low-Severity

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Prevention,

2015,

16(1)-

：

90

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#$

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#$.

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Q3

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假人伤害研究

#$.

车辆与动力技术)

,2020(2

：

5964.

#$

WOODSIMMS

D C

PFrontal

,,

GLYNN

.

C

collision

behaviourcollision

:

Comparison

ofonboardrecorder

dataInterna

withcar

[

population

characteristicsJ$.

?

tionalJournalofCrashworthiness61-

,,

2015

10

()!

1

73.

[5

$

WOODSafetythecar

D A

P.

Wood.and

size

effect

：

[12

$

刘祯耀

，的车辆碰撞数

郭斌王林平.基于

，

LS-DYNA

值分析

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力学季刊

,2020,41(1):179186.

[13

$

KWONBAEK

O

Hyun

,,

Se

Ryong

YOONKyu

Jun

,

LIMJongHan

AStudyonCrashAnalysisofVehicle

and

GuardrailThe

using .

[J

a

LS-DYNA

Program

$

JournalofTheInstituteofInternet

Broadcastingand

Communication201616

(

3

):

179-186

fundamental Analysis

explanation

[

J$.

Accident

and

Prevention

,

1997

,(

29139-51>

2

)

[14

$

都雪静

，

陈占丽.基于

RCAR

试验的电动

SUV

低速保

险杠耐撞性研究):

#$.,,

交通科技与经济

2020

22(3

35-41

#$

DIMAA

Frontal Impact

D?

SVehicles

,

COVACIU

D.

nalysisand

Using

Computer

Simulation

Crash

Test

(

下转第

53

页

)

第

1

期

杜丹丰等:基于改进

，

Compertz-PCA

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