基于ANSYS汽车碰撞过程的有限元受力分析
摘 要
近年来，汽车安全越来越引起大家的关注并成为社会关注的焦点，汽车成为我国的一个最多使用车种，其被动安全装置的研究与开发对保障学生乘员安全显得尤为重要，因此研究汽车后防撞钢梁在汽车发生追尾碰撞事故中其耐撞性能就具有十分重要的意义。论文以我国某款汽车后防撞钢梁为研究对象，考虑到在碰撞过程中涉及非线性问题，仿真分析工具采用有限元分析软件Workbench模块部分。通过在软件中建立汽车后防撞钢梁碰撞模型，并对碰撞模型进行相关参数设置，然后对防撞钢梁在不同的碰撞条件下进行仿真分析。研究了防撞钢梁在不同碰撞速度下以及在相同速度的前提条件下不断变换防撞钢梁参数时的应力变化、速度变化、变形等情况信息，获得了防撞钢梁在不同碰撞条件下的碰撞变形规律，对防撞钢梁的耐撞性进行评价；最后着重对变换支架不同参数进行了仿真分析，支架在汽车碰撞中吸收了超过一半以上的能量，并且控制着应力、能量在防撞钢梁中的分布。仿真研究结果为减少汽车后防撞钢梁盲目设计和进行后续优化设计提供一定的依据。
关键词：撞钢梁；碰撞仿真分析；有限元ANSYS
Stress Analysis of Automobile Collision Process
Abstract
In recent years, automobile safety has attracted more and more attention and become the focus of social attention. Automobile has become one of the most widely used vehicles in China, and the research and development of its passive safety device is particularly important to ensure the safety of students' occupants. Therefore, it is of great significance to study the crashworthiness of rear collision steel beams in automobile rear collision accidents. In this paper, a car rear impact steel beam in China is taken as the research object, and considering the nonlinear problems involved in the collision process, the author adopts finite element analysis software module to simulate and analyze the tool. Through establishing the collision model of automobile rear anti-collision steel beam in the software, setting relevant parameters of the collision model, and then simulating and analyzing the anti-collision steel beam under different collision conditions. The information of stress change, velocity change and deformation of the anti-collision steel beam when changing its parameters at different collision speeds and under the premise of the same speed is studied, and the collision deformation law of the anti-collision steel beam under different collision conditions is obtained, and the crashworthiness of the anti-collision steel beam is evaluated. Finally, different parameters of the transformation bracket are simulated and analyzed emphatically, and the bracket absorbed more than half of energy in car collisions, and controlled the distribution of stress and energy in collision-proof steel beams. The simulation results provide some basis for reducing blind design and subsequent optimization design of automobile rear anti-collision steel beams.
Key words: Collision - proof steel beam, collision simulation analysis, finite element, ANSYS
目 录
第一章 绪论 1
1.1国外碰撞计算机模拟仿真的研究现状 1
1.2国内碰撞研究现状及发展 1
1.3汽车的安全性能分类 2
1.4汽车后防撞装置 3
1.5本课题研究的主要工作 4
1.5.1研究内容 4
1.5.2技术路线 4
第二章 汽车防撞杠梁模型的建立 5
2.1前言 5
2.2汽车防撞钢梁刚性墙有限元模型的建立 8
第三章 汽车防撞钢梁的有限元分析 10
3.1碰撞仿真分析 10
3.1.1模拟仿真 10
3.1.2碰撞速度 10
3.2防撞钢梁碰撞性能评价参数 10
3.3后防撞钢梁不同厚度时碰撞仿真 11
3.3.1钢梁厚度6mm时的分析 12
3.3.2钢梁厚度5mm时的分析 13
3.3.3钢梁厚度3mm时的分析 15
第四章 防撞梁的优化 18
4.1防撞梁优化模型 18
4.2防撞梁优化结构计算 18
第五章 结论与展望 20
5.1全文总结 20
5.2工作展望 20
参考文献 22
谢 辞 23
第一章 绪论
随着中国汽车市场的不断扩大，国内汽车保有量增加，交通事故必然也会增加，汽车的安全性越来越受重视，研究汽车后围防护装置碰撞安全性，更进一步地提升在追尾事故中的车身尾部防撞装置的防撞能力。研究其碰撞的特性，寻找更加合理的结构设计，提升和改善车身后围整体的防撞能力有着十分重要和积极的意义,通过研究汽车的碰撞安全性，可有效降低交通事故对人体的损害。
1.1国外碰撞计算机模拟仿真的研究现状
汽车碰撞的计算机模拟研究一般包括以下三方面内容[1]。用有限元方法研究汽车碰撞过程中车身、车架变形及动态响应，研究人体在多种碰撞条件下的响应，多体动力学计算。
在碰撞模拟分析过程中，运用ANSYS软件的强大的有限元分析功能对建模车架进行网格划分，施加适当的约束和载荷模拟碰撞过程中车架的受力情况，对车架进行有限元动态分析，从而校核了该车架的强度和刚度，分析结果，校核该车架的强度和刚度能否满足安全要求。ANSYS可进行高质量网格划分，人机操作性强，并且支持几乎所有的有限元分析功能[2]。将模型导入Workbench 中，进行前置处理，求解和后置处理即完成有限元分析过程[3]。
研究人体在多种碰撞条件下的响应，主要研究汽车碰撞过程中人体各部位的动、态响应得到人体头部，胸部加速度和腿部受力的大小。对于多体系统动力学是研究多体系统（一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学。应用多体动力学的仿真模型，能更全面的描述汽车各个子系统的运动及相互耦合作用。
1.2国内碰撞研究现状及发展
在碰撞安全测试中，中国起步较晚，C-NCAP在一定程度上借鉴了欧洲Euro NCAP碰撞标准，并对欧洲标准在一定程度上做出了调整，因此C-NCAP碰撞内容更加简单，在碰撞速度相关要求更加放松。在计算机碰撞仿真模拟方面，国内外最关键的区别在于：国外在汽车碰撞仿真中，主要研究了碰撞过程中主要能量的吸收和变形缓冲部件的工作，从而进一步研究相应的能量吸收模型，能量吸收机理和碰撞类型。因此在实际工程中，汽车安全部件的设计匹配，优化改进，碰撞性能的提升等方面积累了大量的数据和经验，从而在实际工程领域，将相应的碰撞理论转化为实际运用，使得其产品在结构的防撞性能，安全性能，保护性能等方面领先国内。相比，国内的汽车领域计算机碰撞模拟仿真运用起步相比较晚，理论方法较为落后，再加之计算机软硬件条件的落后，在精确模拟碰撞过程中，仍然存在一定的距离，因此在此方向上仍然需要投入更多的研究和深入。近年来，国内相关方面的研究开始逐步增多，这也必然会推动着计算机碰撞仿真模拟进一步在汽车安全领域运用[4]。
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