不同厚度防撞钢梁碰撞的仿真分析

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摘要：本文利用三维绘图软件及LS-dyna对某汽车防撞钢梁进行了模拟碰撞试验，分析了低速碰撞情况下不同防撞钢梁厚度的模拟结果。结果表明1.5mm厚度的防撞钢梁为该款汽车的推荐厚度。

关键词：防撞钢梁;厚度;LS-DYNA;碰撞模拟试验

在对交通事故的研究发现汽车追尾碰撞占了较大的比例。因此，研究汽车防撞结构的碰撞特性具有非常重要的意义。

目前，汽车碰撞安全性的研究主要采用实验室内实车实验的形式，成本高且重复性差。因此，计算机模拟汽车碰撞成为汽车碰撞研究的重要手段。本文根据GB17354-1998标准规定的实验条件，应用三维绘图软件建立了某轿车的防撞系统的三维模型，利用LS-DYNA对防撞钢梁进行了计算机碰撞仿真研究，评价了其防撞性并研究了主要的影响因素。

1.碰撞模型的建立和分析

在建立分析模型时参考了某车型的防撞结构，并为了方便有限元分析，对一些结构进行了简化。

1.1 力学模型

分析模型首先在三维绘图软件Solidworks中完成后导入ANSYS中。在建模中，支架之间的连接关系，处理为共节点连接;碰撞体为实体结构。

1.2 单元与网格划分

防撞钢梁为钢板锻压卷曲完成，因此可以采用SHELL163薄壳单元，其算法选用Belytschko-tsay屈服应力与应变率关系可表达为：

1.3 定义接触面

接触采用自动单面接触方式，静摩擦因素为0.1。

1.4 约束条件

按照17354-1998，摆锤质量为1300kg，碰撞方向初始速度为1100m/s，其余方向为0。

假设车体在碰撞过程中不发生后移，防撞钢梁支撑处约束了6个自由度。

2 .模拟结果与分析

2.1 防撞钢梁厚度为2mm时的模拟结果

在碰撞100ms时的变形情况如图1，可以发现横梁在受到很大的冲击力，发生了塑性变形。

图1 100ms后的塑性变形

为了更好的研究防撞钢梁在碰撞过程的塑性变形过程，在ANSYS对模型的后处理结果进行分析。图2所示为防撞钢梁在100ms的位移量最大的节点为427。该节点的最大位移量为74.5mm，低于国标中防撞梁与车体的安全距离，不会对车身造成损伤，因此该防撞钢梁的安全性能较好。 图2 100ms时保险杠的位移图

2.2防撞钢梁厚度为1.2mm和1.5mm时的对比结果

图3 所示为防撞钢梁位移量最大的427节点的位移变化曲线。

图3 为防撞钢梁位移量最大的427节点的位移变化曲线

由图可以发现，厚度为1.2mm的防撞钢梁塑性变形最大，达到108.6mm（大于安全标准100mm），不满足国家保准。

3.总结

防撞钢梁的厚度在其安全性上扮演着重要的角色，厚度为1.2mm的防撞钢梁不满足安全标准，而且1.5mm的防撞钢梁设计最接近安全设计标准，因此，该汽车的防撞钢梁最小板层厚度推荐为1.5mm。

参考文献：

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