Internal Combustion Engine&Parts
0引言
随着人民生活水平的日益提高，汽车成为越来越多家庭的标准配置，汽车安全也越来越受到人们的关注。汽车侧面碰撞由于其伤害更大，造成更多的损失也受到了应该有的重视。在汽车侧面碰撞中B柱是一个绕不开的结构件，现在主流的汽车侧面碰撞仿真大多是建立整车CAD 模型再导入Hypermesh划分网格通过Ls-dyna软件进行求解运算。由于汽车整体所包含的结构件很多，最终形成的CAE模型也特别巨大，一个整车模型前期所耗费的人力大概是三个人工作1年[1]，完成了前期工作整车拿去求解碰撞在8CPU的计算情况下耗费的时间也是数以天计的。可以看出在进行零件防撞性分析的时候，用整车去求解运算是极其不划算的，因此我们在进行B柱的防撞性分析时可以用三点抗弯模型来模拟汽车侧面碰撞，本文所研究的内容就是通过汽车B柱两种材料：B170和hc100来研究汽车B柱的抵抗力曲线。
1建立汽车B柱的CAE模型
汽车评估现今市面上B柱简单来说可以分为B柱内板和B柱
外板，有些比较复杂的中间还有一个B柱加强板，更有甚
者还有B柱加强板补强板[2]，由于本文所用的汽车B柱模型是直接在整车上的模型，该模型分为B柱内板和
B柱
外板，通常情况下在碰撞中起主要防撞作用的是B柱外
板，本文就对B柱外板进行CAE建模，对原车B柱外板进
行几何清理、网格划分，特别注意在划分网格的时候要注
意网格质量检查，特别是三角形单元的数量要控制在总单
元数量的10%以下，否则模型不具有仿真意义，三角形单
元的所占比例为5.7%符合规范如图1所示，最终的B柱
外板CAE模型如图2所示，因此该B柱外板模型可以用
来做仿真试验。本文仿真的步骤是先在整车里拖出B柱CAD模型，然后导入Hypermesh中进行网格划分，划分网格之前要进行必要的几何清理，比如把一些尖锐的倒角清
除，否则会影响B柱仿真模型的准确性。最后把设置好的K文件导入Ls-dyna进行求解运算得出一系列文件，最终在Hyperview查看仿真结果。[3-4]
由于本文不做可移动变形壁障（MDB）的侧面碰撞模型，
改为直接在B柱外围加一个壁障，对于壁障和B柱之间的接触通过Hypermesh中的CONSTRAINED_EXTRA_NODES 实现。该壁障选用材料MATL20，在CAE模型的基础上给壁障添加200mm的强迫位移，最终所得模型如图3所示。
2B170输出抵抗力曲线
首先先做原车上的材料属性赋予，原车的B柱材料是B170，由于单位有很多种材料选择方式，在赋予材料属性的时候必须遵循一定的量纲，赋予B170材料属性密度ρ为7.9×10-9ton/mm3，弹性模量E为206000N，泊松比为0.3，屈服强度为248MPa，应力应变曲线为1000023，图4所示为1000023号应力应变曲线图。
图4所示应力应变曲线图通过Hypermesh Ls-dyna 版块下的XYPlots-Curve Editor命令来实现，表达的含义是在248MPa发生屈服，当形变量在28%的时候就上升到500多MPa。这些设置好之后通过Ls-dyna求解器计算，在运算之后的文件用Hyperview打开d3plot文件打开运行想知道的动图比如压力云图、位移云图、速度云图等等。
最后在Hyperview2D里面打开binout文件，所有的曲线图包括能量曲线、速度曲线、位移曲线等等都可以在该文件读出，在这里选择y方向的应力曲线图如图5所示黑线为B170的三点抗弯抵抗力曲线图。
从该曲线图可以看出B170抵抗力在7000N左右。
3Hc100输出抵抗力曲线
在整体上把B柱材料属性改变，从B170变成hc100，
利用三点抗弯评估汽车B柱的抵抗变形能力
钟绍迪；吴涛；王静怡；吉麒麟；席林
（西华大学汽车与交通学院，成都610039）
摘要：汽车B柱一直是汽车侧面碰撞中主要的承力部件，对于汽车侧面碰撞情况中B柱一直是主要的优化对象，优化内容大多包括材料或者结构。对于汽车碰撞这种大变形大位移的情况，部件的抵抗变形能力在很大程度上反应了该部件的防撞能力，对于优化材料利用三点抗弯可以很好的评估其抵抗变形能力从而判断其防撞能力，这种方法的优势在于节省人力物力，既节省了时间也评估了抵抗变形能力。
关键词：侧面碰撞；三点抗弯；B柱；抵抗变形；材料
———————————————————————
作者简介：钟绍迪，男，四川成都人，硕士研究生，研究方向为汽车安全工程及道路安全事故分析；吴涛，男，四川成都
人，副教授，
硕士生导师。
图1B
柱外板网格划分图
图2B柱外板网格划分图图3最终模型
图4
应力应变曲线图
赋予hc100材料属性密度为7.8×10-9ton/mm 3，弹性模量E
为210000N ，泊松比为0.3，屈服强度为479.2MPa ，应力应变曲线为1000024，其他设置不变，在Ls-dyna 中求解运算得出运算结果。
同样地在Hyperview2D 里面打开binout 文件，所有的曲线图包括能量曲线、速度曲线、位移曲线等等都可以在该文件读出，在这里选择y 方向的应力曲线图如图5所示灰线为hc100的三点抗弯抵抗力曲线图。
可以大致的看出hc100的抵抗力比B170的抵抗力大多了，hc100的抵抗力在10000N 以上。
4Hc100和B170输出抵抗力曲线对比
把两根抵抗力曲线图糅合在同一坐标系可以更直观的表示两种材料的抵抗力对比差距，B170的抵抗力曲线和hc100抵抗力曲线如图5所示。
图5中黑曲线也就是1号曲线代表B170的抵抗力曲线图，由于图5中Y 轴坐标比较大因此B170抵抗力曲线相对来说比较低，从这两张图可以看出B170的抵抗力具体是6483N ，hc100的抵抗力为17500N ，hc100抵抗力相对B170的抵抗力提升了270%，可以看出把材料从B170换成hc100抵抗力显著增加。
5轻量化对比
做完抵抗力曲线对比是在力学性能上做了研究，现代社会汽车上面每个零件都得考虑轻量化，汽车B 柱也不例外，如果不考虑轻量化整车都用加厚钢板岂不是抵抗力曲线会表现更好，因此在本文末尾做完抵抗力曲线研究之后也得看看两种材料考虑轻量化会有什么表现，首先是B170的质量测定，通过Tool 面板
下mass cale 命令按钮选中B 柱得出的B 柱总重量为2.807×10-3ton ，换算成千克为
2.807kg ，如图6所示为B170的质量面板。同样的方法运用在hc100中得出的B 柱的总重量在2.77×10-3ton ，换算成千克为2.77kg ，如图7所示。显然2.77<2.807，因此把B 柱材料从B170换算成hc100不仅抵抗力得到了显著改善，零件的轻量化也得到了优化。
图6B170材料B
柱质量
图7hc100材料B
柱质量
6结论
本文针对某车B 柱材料的选取进行了三点抗弯仿真试验，通过对刚体壁障施加强制位移来实现三点抗弯，仿真过程严谨有序，由于本文试验的位移变量是材料的选择，B 柱的结构是没有改变的，因此仿真试验的结果就代表了材料的相对优劣，最终通过抵抗力曲线和质量面板参数等结果得出了以下结论：
①hc100材料比B170材料的抵抗力表现更出，在本实验同等结构的情况下，hc100材料相对原车B170材料的抵抗力提升了270%。
②通过对质量面板的测定，hc100材料不仅比原车B170材料抵抗力表现更出，在满足力学的基础上，就轻量化表现hc100材料也比B170材料质量减轻了2%。
③就该汽车零件而言，选用hc100材料不管是从轻量化还是从力学性能上来看都比选用原来的B170材料更好。对于零部件的力学性能考察，三点抗弯是一个即快捷又有效的试验方法。
7未来展望
对于汽车零部件而言，抵抗变形能力在汽车被动安全中占有重要的地位，本文是借助B 柱外板材料类型的改变做的三点抗弯试验，从而评估其材料对于B 柱外板的抵抗变形能力。展望未来，这种三点抗弯方法不仅可以针对B 柱材料，也可以针对B 柱结构的改进，推广及之，甚至可以做更多零部件的三点抗弯
试验评估零部件的结构的抵抗变形能力或者零部件的材料抵抗变形能力。这表明三点抗弯试验具有广阔的运用前景。
参考文献院[1]钟志华，张维刚，何文.汽车碰撞安全技术[J].机械工业出版社，2003.
[2]邓元，贾丽刚，黄凤英.汽车零部件[J].电子杂志社，2018.
[3]吴宇杰.汽车侧面柱碰撞的仿真分析及结构改进[D].重庆大学硕士学位论文，2016.
[4]Mangala MJ.2-door vehicle body local force evaluation with the IIHS Euro-NCAP and LI 一NCAP side impact barrier.SAE Technical Paper,2004.
图5B170和hc100抵抗力曲线图