采用傳統(tǒng)的有限元仿真方法評(píng)估被動(dòng)安全性，需要以CAD模型為基礎(chǔ)建立有限元網(wǎng)格進(jìn)行仿真分析，實(shí)際上是對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的一種虛擬驗(yàn)證，CAD與CAE數(shù)據(jù)之間的交換需要花費(fèi)大量時(shí)間。使用參數(shù)化白車身模型可在設(shè)計(jì)早期對(duì)大量方案進(jìn)行分析評(píng)估，為項(xiàng)目開發(fā)提供滿足性能與成本平衡要求的車身結(jié)構(gòu)方案。而參數(shù)化模型與試驗(yàn)的一致性，將直接影響方案評(píng)估的準(zhǔn)確性以及優(yōu)化方案的正確性。為此，本文結(jié)合東風(fēng)某乘用車的開發(fā)，對(duì)使用參數(shù)化車身建立的碰撞模型進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，由于文章篇幅所限，僅對(duì)100%正面碰撞和40%正面偏置碰撞進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，其余側(cè)面碰撞、后部碰撞、行人保護(hù)工況具有相似的精度。

 

眾所周知，由于實(shí)際的試驗(yàn)與理想狀態(tài)的仿真分析之間具有一定的差異，同時(shí)，參數(shù)化模型又進(jìn)一步簡(jiǎn)化了模型，仿真與試驗(yàn)的結(jié)果不可能完全一致[1]，因此本文僅對(duì)關(guān)鍵變形模式和指標(biāo)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，在滿足工程需要的條件下，驗(yàn)證仿真模型與試驗(yàn)的一致性。

 

1 參數(shù)化車身模型的建立

運(yùn)用SFE-Concept軟件建立參數(shù)化車身模型，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)定義幾何體之間的映射關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)化裝配，而不需要了解映射關(guān)系中具體關(guān)系表達(dá)式的含義。這樣通過(guò)點(diǎn)的位置，線的曲率和截面形狀三種參數(shù)就可以控制結(jié)構(gòu)形狀，以便快速建立具有拓?fù)潢P(guān)系的幾何模型，再進(jìn)一步自動(dòng)生成需要的網(wǎng)格模型，用于碰撞模型搭建。

 

根據(jù)項(xiàng)目提供的內(nèi)外CAS數(shù)據(jù)、總布置方案等輸入，可直接建立參數(shù)化車身模型，其中造型數(shù)據(jù)是參數(shù)化建模必須滿足的首要約束條件，具有最高優(yōu)先級(jí)。所建立的白車身參數(shù)化模型如圖1所示，可根據(jù)需要快速變更所有結(jié)構(gòu)信息，輸出搭建碰撞模型需要的網(wǎng)格和焊點(diǎn)。

 

 

圖1 白車身參數(shù)化模型

 

由于參數(shù)化模型主要應(yīng)用于項(xiàng)目前期，而詳細(xì)設(shè)計(jì)階段車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量局部修改，導(dǎo)致試驗(yàn)方案與初期使用的參數(shù)化模型差異較大。因此，對(duì)標(biāo)前需根據(jù)白車身凍結(jié)方案進(jìn)行模型修改，但并非所有的結(jié)構(gòu)特征都要體現(xiàn)到參數(shù)化模型中，其中的取舍需要經(jīng)過(guò)大量的嘗試反復(fù)逐一驗(yàn)證。

 

2 碰撞建模及對(duì)標(biāo)工況設(shè)定

參數(shù)化白車身模型使用QEPH單元類型，厚度方向選5個(gè)積分點(diǎn)，并與四門兩蓋、動(dòng)力總成、底盤、座椅等系統(tǒng)模型裝配成整車碰撞模型，完整的整車碰撞模型單元總數(shù)約為220萬(wàn)，模型重量設(shè)置為開發(fā)車的整備質(zhì)量1300kg，不同工況再加上假人及測(cè)試設(shè)備的質(zhì)量。

 

根據(jù)C-NCAP試驗(yàn)規(guī)程中100%正碰和40%偏置碰撞的要求，車輛分別以50km/h和64km/h的速度撞擊剛性墻和可變形固定壁障，輸出B柱下端加速度以及防火墻侵入量作為對(duì)標(biāo)項(xiàng)。40%偏置碰撞模型如下圖2所示。

 

 

圖2 40%偏置碰撞模型

 

3 對(duì)標(biāo)分析

3.1 變形模式對(duì)標(biāo)

在正面碰撞中，整車變形主要集中在車輛前部，其中防撞梁、吸能盒、前縱梁作為主要的吸能部件變形較大，需要重點(diǎn)關(guān)注其變形模式，下面對(duì)關(guān)鍵部件的變形進(jìn)行對(duì)比和分析。

 

圖3、圖4分別為100%正碰和40%偏置碰撞中防撞梁及吸能盒的變形對(duì)比。由圖3可看出，100%正面碰撞中，仿真與試驗(yàn)的防撞梁及吸能盒變形模式基本一致，吸能盒已完全壓潰，能夠較好的吸收碰撞能量。由圖4可知，40%偏置碰撞中，仿真與試驗(yàn)的防撞梁彎折部位基本一致，吸能盒變形略有不同，試驗(yàn)中吸能盒的壓潰更充分，分析原因是由于參數(shù)化車身模型中缺少局部潰縮槽導(dǎo)致的。

 

 

圖3 100%正碰防撞梁及吸能盒變形模式對(duì)比

 

 

圖4 40%偏置碰撞防撞梁及吸能盒變形模式對(duì)比

 

圖5、圖6分別為100%正碰和40%偏置碰撞中前縱梁的變形對(duì)比。由圖5、圖6對(duì)比可知，仿真中前縱梁變形模式為雙折彎，兩種工況下均保持一致，而試驗(yàn)由于焊點(diǎn)失效的影響，變形模式略有不同?？傮w來(lái)說(shuō)，仿真與試驗(yàn)變形模式、位置基本一致，變形程度略有不同。

 

 

圖5 100%正碰前縱梁變形模式對(duì)比

 

 

圖6 40%偏置碰撞前縱梁變形模式對(duì)比

 

除此之外，還可以進(jìn)一步的對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行拆解，觀察對(duì)比上縱梁、前圍、托架等部件或分總成的變形模式。在本車型碰撞拆解對(duì)比中，以上各部件變形模式仿真與試驗(yàn)具有較好的一致性，本文限于篇幅，不再贅述。

 

3.2 加速度對(duì)標(biāo)

在碰撞試驗(yàn)中，通常會(huì)在車身上設(shè)置若干加速度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)車輛發(fā)生碰撞時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本文取左B柱下側(cè)加速度傳感器測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，分析仿真與試驗(yàn)中車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否具有較好的一致性。圖7表示了加速度傳感器的具體位置。

 

 

圖7 加速度傳感器位置

 

圖8、圖9分別為100%正碰和40%偏置碰撞中加速度、速度曲線的對(duì)比。

 

 

圖8 100%正碰左側(cè)B柱下加速度、速度曲線對(duì)比

 

 

圖9 40%偏置碰撞左側(cè)B柱下加速度、速度曲線對(duì)比

 

如上圖8所示，100%正碰中仿真與試驗(yàn)的加速度曲線在趨勢(shì)上能夠較好的吻合，特別是20ms之前兩曲線基本完全一致，之后存在局部差異。從速度曲線上看，兩曲線前段基本重合，中間段曲線的斜率代表了加速度的平均值，由于反彈時(shí)刻的差異導(dǎo)致試驗(yàn)曲線斜率較大，即加速度平均值更大，分析原因這可能是由于焊點(diǎn)失效、懸置失效、參數(shù)化車身缺失局部特征等因素導(dǎo)致的。這些差異均處在合理的、可接受的范圍內(nèi)。因此，仿真與試驗(yàn)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本相同，對(duì)標(biāo)模型與物理試驗(yàn)具有較好的一致性。

 

由圖9可知，40%偏置碰撞仿真與試驗(yàn)的加速度、速度曲線與100%正碰工況分析思路、結(jié)論基本一致，兩者吻合較好。

 

3.3 侵入量對(duì)標(biāo)

正面碰撞工況中，車身前圍的變形侵入情況對(duì)假人腿部傷害具有直接影響，因此對(duì)前圍侵入量進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量試驗(yàn)前、后指定位置的坐標(biāo)，就可以計(jì)算出碰撞試驗(yàn)中測(cè)量點(diǎn)的侵入量，再與仿真值進(jìn)行對(duì)比，則可以分析前圍的侵入量的一致性。圖10為試驗(yàn)時(shí)侵入量測(cè)量點(diǎn)的位置圖，均布在整個(gè)前圍上。

 

圖10前圍侵入量測(cè)量點(diǎn)示意圖

 

表1為前圍侵入量數(shù)據(jù)對(duì)比。

表 1 前圍侵入量數(shù)據(jù)對(duì)比

 

 

分析表1中的侵入量數(shù)據(jù)，可知如下幾點(diǎn)結(jié)論：

除個(gè)別點(diǎn)外，仿真輸出的侵入量值總體上大于試驗(yàn)的測(cè)量值，有利于通過(guò)仿真評(píng)估侵入量造成的假人傷害情況。前圍上部（內(nèi)飾安裝點(diǎn)）、下部（踏板區(qū)）侵入量差異較小。前圍中部侵入量特別是中通道以上部位的測(cè)量點(diǎn)差異相對(duì)較大。分析原因，這可能是由于前圍鋼板回彈程度不同、鈑金局部翹曲及測(cè)量誤差等因素導(dǎo)致的。但總體來(lái)說(shuō)，各測(cè)量點(diǎn)的侵入量差異在可接受的誤差范圍內(nèi)，仿真與試驗(yàn)兩者一致性較好。

 

資料來(lái)源：達(dá)索官方