某商务车保险杠低速碰模型的建立与分析
作者：  姜琼 李小华侯聚英余显忠
来源：《科技创新导报》 2012年第3期
    姜琼  李小华  侯聚英  余显忠
    （江铃汽车股份有限公司  南昌  330001）
    摘 要：在低速碰撞过程中，保险杠发挥了举足轻重的作用。本文以动态显式有限元算法为基础，采用hypermesh及oasys软件建模对汽车前保险杠开展了低速碰撞安全性研究。
    关键词：保险杠  低速碰  显示动态有限元
    中图分类号：U467        文献标识码：A            文章编号：1674-098X(2012)01(c)-0068-02
    汽车作为目前陆地上的主要交通工具，其交通事故造成的人员死亡占各类事故死亡人数的首位[1]。保险杠是汽车上较大的覆盖件之一，作为一个独立的总成安装在汽车上，它对车辆的安全防护、造型效果、空气动力学特性等有着较大的影响。无论汽车的大、小改型设计，保险杠总是成为造型师手中重点
塑造的对象，另外，发生碰撞时，大多数情况下都有保险杠的参与，保险杠作为汽车安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分[2]。由于保险杠在低速碰撞中的重要性，世界各国对保险杠的耐撞性都制定了具体的法规和试验要求[3]。
    1 动态显式有限元算法
    由于低速碰撞分析属于非线性接触变形问题，在此采用显式算法中的中心差分法来做多步代入计算。结构动力学中的中心差分法是基于用有限差分代替位移对时间的求导（对位移一阶求导得到速度，对位移二阶求导得加速度）。如果采用等时间步长，Δt(i)=Δt（Δt为常数），用u表示位移，那么速度和加速度的中心差分近似为：
    u′(i)=[u(i+1)-u(i-1)]/(2Δt)
    u″(i)=[u(i+1)-2u(i)+u(i-1)]/(Δt*Δt)
    而离散时间点的运动为：
    速度和加速度求出以后，可以运用于各种结构动力学问题的求解[4]
    2 有限元模型的建立
    由于前保险杠低速碰分析中，只涉及前保险杠及前车身的变形，对后车身基本没影响，为了提高计算效率，应对整车模型进行简化，即将V348整个后半车身用一单元块代替，当然这一单元块的质量，质心位置以及转动惯量与后半车身的相关信息一致。如图1所示。
    3 碰撞计算结果的分析
    通过CAE分析相关系统件的变形量，来评估该商务车前端是否满足国家法规ECER 42汽车前端保护装置要求(在经过规定的碰撞后,大灯、冷凝器等零件不能损坏,仍能正常运行).即根据江铃福特设计师要求，变形后前保险杠各部件离大灯，冷凝器等零件距离保持在13mm以上就行。
汽车保险杠修复
    如图2,3所示。
    由上图可知，中心碰撞的最大应力值约为12.44MPa，位置在中心碰撞器与前保险杠重叠面的上部；角度碰撞的最大应力值约为15.77MPa，位置在大灯边缘位置。两者比较，角度碰撞的应力值较大，原因是角度碰撞处部件与车身连接较差，正碰主要有车身横纵梁部件支撑，吸收了部分能量。如图4,5所示。
   
   
   
    由上图可知，正碰后前保险杠相对大灯的最大变形为39.2mm，角碰为83.10mm,碰撞前前保险杠离大灯的距离为130mm，故碰撞后变形件离大灯的距离为两者差值正碰为90.8mm，角碰为46.9mm,其均大于13mm。
    4 结论
    通过对该商务车前保险杠低速碰分析,得出如下结论:（1）角碰最大应力值高于正碰，究其原因是因为正碰与车身连接较角碰好，车身部件能够支撑前保险杠吸收部分能量；（2）两次碰撞结果均满足法规要求，且满足该公司设计师设计要求，碰撞变形后离大灯等部件的距离均大于13mm；这为后期设计师改进前保险杠形状提供了有效依据，应该着重考虑角碰接触部件的刚度。
    参考文献
    [1]    黄世霖,张金换,王晓冬.汽车碰撞与安全[M].北京:清华大学出版社,2000.
    [2]    张金虎.汽车保险杠碰撞仿真研究[J].武汉理工大学硕士学位论文,2009:1-2.
    [3]    上官文斌,屈求真.轿车保险杠系统的结构型式及法规要求[J].汽车研究与开发，1997(1):37-39.
    [4]    刘晶波,杜修力,等.结构动力学[M].北京:机械工业出版社,2005.