第23卷第1期2021年1月
h6怎么样Vol.23No.1
Jan2021交通科技与经济
Technology1Economy in Areas of Communications
引用著录：都雪静，宋佳丽•基于ANSA正面100%碰撞的某SUV车身耐撞性分析交通科技与经济"02123(1):4-46,53.
DOI：10.19348/jki.issnl008-5696.2021.01.007
基于ANSA正面100%碰撞的某SUV车身耐撞性分析
都雪静，宋佳丽
(东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨150040)
依据«C-NCAP管理规则(2018年版)》法规中正面碰撞试验及评价方法进行碰撞分析，以B柱加速度、车门变形量、保险杠变形量、前围板侵入量等作为评价指标，对车身耐撞性进行评价分析。结果表明：保险杠与前纵梁变形良好，是碰撞过程中主要吸能部件；左右两侧B柱最大加速度分别为35g、38g，满足碰撞要求；门框变形量分别为22
14mm，满足变形要求；前围板最大侵入量为153.1mm，超出目标值，需要进行结构或强度的改进和优化，并提出优化方案。
关键词:ANSA；正面碰撞；耐撞性；前围板侵入量；结构强度优化
中图分类号:U467.1+4文献标识码:A文章编号：1008-5696(2021)0-004-06
Crashworthiness analysis of an SUV body based on
100%frontal collision of ANSA
DU Xuejing,SONG Jiaii
(School of Traffic and Transportation,Northeast Forestry University,Harbin150040,China)
Abstract：InordertostudythecrashworthinessofanSUVina100%frontalco l isionaccident"thispaper" based on ANSA to establish a100%frontal collision simulation model of a SUV vehicle,according to the C-NCAP ManagementRules(2018Edition)regulationsinthefrontalcrashtestandevaluationmethodfor co l ision analysis uses B-pi l aracceleration door deformation bumper deformation andfront wa l penetration as evaluation indicators to evaluate and analyze the crashworthiness of the car body.The result shows that the bumper and the front rail are well deformed and are the main energy-absorbing parts during the collision；the maximum acceleration of the B-pillars on the left and right sides are35g and38g,which meet the requirements of the collision；the deformation of the door frame is22mm and14mm,which meet the requirements of the deformation；the maximum intrusion of the front wall is153.1mm,which exceeds thetargetvalue andthestructureorstrengthneedstobeimprovedandoptimized andoptimizationplans areproposed
Key words:ANSA；frontal collision；crashworthiness；front wall penetration；structural1strength improvement
收稿日期：2020-09-08
基金项目：国家重点研发计划项目(2O77YFCO8O39O1)；国家自然科学基金资助项目(51108068)；中央高校基本科研业务费专
项资金项目(2572O17DBO1)
第一作者简介：都雪静(1975—)女，教授，博士，研究方向：汽车耐撞性及轻量化设计、道路交通事故再现研究
通信作者简介：宋佳丽1995—)，女，硕士研究生，研究方向：SUV轻量化与安全性技术.
从我国近年交通事故的总数量来看，虽然交通事故的发生量呈下降趋势，但总体数量仍然较大。在碰撞事故中，正面碰撞数量约占49%，侧面碰撞数量约占25%，追尾碰撞数量约占22%口3。从交通事故的发生率可以得知，汽车安全的重点是正面碰撞。
・42・交通科技与经济第23卷
随着有限论与计算机仿真软件的发展，研人员可通过仿真软件建立汽车有限元模型，通过材料、设束等方式来再现汽过程"
得到汽过的能量、变形、速度、应力等方面变化。近年来，国内外有很多学者对汽了正面。国外的Wo
od#5$、Dima#$和Leschke#$等通过正面汽车的加速度和位移响应"来评价汽的严重程度。Karthike y an#$等在ANSYS中完成对汽车的正面碰撞仿真，来评估汽车的性。Carollo#]和Masahito[10$等通过对SUV车型正面碰撞的研究，探究了SUV正面员体重要部位（如头部和胸部）造成的损伤。国内的潘以陆风某SUV车型为对象"50km/h正面【仿真，验证了该有限元模型的有效性[11]0刘祯耀〔12$和Kwon】13等采用LS-DYNA正面
真分析，探究汽车的安全性。都1415$和阮16$等建立SUV正面低速碰撞有限元模型"根据仿真险杠。吴斌和胡等建立了SUV有限元模型"安全性
真分析及"方有效提高SUV的刚度。
文以某SUV为研究对象，基于ANSA软件建立有限元模型，扌《C-NCAP则（2018年版）》法有限元模型正面100%重叠刚性壁障的真，通过LS-DYNA求解器分析模型的性能，并针对不足之处提出参考建议，为后续设计提供依据。
1正面碰撞有限元模型的建立
11整车有限元模型的建立
应用UG软件建立SUV模型，将模型转换成stp.格式，再导入到ANSA中，对模型进期扌括几何、网格
、参数设及输出控制等，完成正面有限元模型的建立。
考虑真计，删除模型不大的不规则，如半径5mm的凸台和沉孔。车的薄板结构采用壳，发动机、变速箱等不易变构均采用实体，设置网格的基尺寸为10mm，而前部区网格尺寸不宜过大，网格大小控制在5mm左右以提高度。根据BOM（材料明细）表赋予材料属性扌牙{为弹塑性材料，采用MAT24模*过，发动机、变速箱、刚性壁部
移而不改变，采用MAT20进行模拟；前、后挡风玻璃及轮采用MAT ELASTIC材料模拟；焊点材料采用MAT100进行模拟，实体属性控制关键字为）SECTION—SOLID。最终完正面有限元模型，如图1，其中包括1365157个壳单元（1299477个四边形单元,65680）、67394个实体单元。
图1整车正面碰撞有限元模型
1・2参数设置
1.2.1初始速度及步长
根据《C-NCAP则（2018年版）7需要赋予该SUV有限元模型50km/h的初速度，方向为直于刚性墙扌ANSA中需要将速度转化为13888.9mm/s，并设置碰撞时间为200ms。
122
过程中，车身各部变形、接触关系，因此，需网格设，关键字为CONTACT_AUTOMATIC—SINGLE—SUR-FACE。外，与刚性的为面与面
接触，需要设置面，关键字为CONTACT_AU-TOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE0
1.2.3输出设置
在将模型导入到LS-DYNA计算前，需要求解扌出应的参数设置°输出卡片的主要参数包括：CONTROL—ENERGY，各参数设置如图2所示°DATABASE—BINARY—D3PLOT设置为0.005,GLSTAT设置为0.001, NODOUT设置为0.0001。郑州限号
13仿真模型的有效性
汽过量守恒的过程，即除了产生热量外，动能和内互转换。读取Glstat文件，选出、内能、系和系统总能量曲"3。
3可以看出，在碰撞过程中整车的动能逐渐减小，内，曲变过滑，有，总能量守恒状
模型真的性与有效性
。
第1期都雪静，等：基于ansa 正面100 %碰撞的某SUV 车身耐撞性分析・43・
> 0 C
EFG
J ENERGY J D3PLOT
D3PROP
① D3THDT
J INTFOR RUNRSF
J GLSTAT
H3OUT 0 JNTFORC ① MATSUM J NODOUT RBDOUT ◎ RCFORC "RWFORC
图2设置输出卡片的主要参数
2.4E+00812.2E+0081.8E+0081.6E+0081.4E+0081.2E+0081.0E+0088.0E+0076.0E+0074.0E+0072.0E+007
---车辆动能—车魏内龍---系绕浊瀟能---系统总能量
2.0E+008图3整车能量变化曲线
2正面碰撞仿真结果分析
有限元模型设置完 ，需 出K 文件，并
采用LS-DYNA 求解器
，
雨刷尺寸仿真 使用
HyperView 进行数据分析及
"性
评价。
2.1整车速度分析
度 曲线如图4所示。 4可以看出，刚开始 以13 888. 9 mm/s 的初速度做
匀速运动，在7 ms 左右开始与刚性墙接触并发生碰
度
，并在70 ms 左右 速
度降为零，而由于汽 部结构大部
弹塑性材
料"
反弹，以1 200 ms/s 的速度反 动,
最终趋
，符合实际
汽车的速度变化比亚迪先行者
状况。
过程中，整车在不同时刻的变形如
图5 )
(SAUUI)
碰
谢
图4
整车速度时间历程曲线
・44・交通科技与经济第23卷
(a)T=0s(b)T=30s
(c)T=60s (e)T=120s (d)T=90s (f)T=150s
(g)T=180s(h)T=200s
图5不同时刻整车变形
2.2B柱加速度分析
正面，B度值是衡量整车耐撞性的重"反员的头部加速度。通况下将度传感器安装右B柱与门槛梁的交，可以在Tools操作界面选择Create cards的）ELEMENT-SEATBELTACCELEROMETER，创建需要设置的加速度传感器。度测量点选的原因有两方面：一构刚度"产生的变；二近第一员的乘坐够真反员过感受到的加速度变况。
取结果文件时，需要采用SAE60HZ的滤波通道对初始速度波，进而得到左右两B柱的度曲线，如图6），左侧B 的度为35g，右侧B柱的度
为38g。在不放人的试下，只有当整度最不超过40g"证假人头部损伤值（HIC&经验要求的内皿，因此，可以说过不员伤害，符合法求。
2.3保险杠与前纵梁变形分
当汽正面，保险杠系统与梁
的大部量"50%以#0$。图7、图8为保险杠与梁碰撞
的变。由图7可知，保险杠最先出现
变形，中间部有弯，说明很好：了能量，缓解了过的力；吸能盒和梁的前部褶皱变形，说明汽部【能量，起到了很好的减速和作用。
2・4前围板侵入量分
限行车号过程中"气车的前部（包括机等部）会因变移，进而使板出现挤压变形，有侵 员舱内，如果侵入量过大会
员的腿部及脚部伤害。根据经验"板侵入量150mm，符合法腿部伤害的要求#叮。图9为板侵，从图9可以看出前围板的最大侵入量为153.1mm，大于150mm 区域出现在右侧的脚部及腿部位置"冬对副驾员腿部伤害
。
第1期都雪静，等：基于ansa正面100%碰撞的某SUV车身耐撞性分析・45・
图6左右两侧B柱加速度曲线
图7保险杠与前纵梁变形前
图8保险杠与前纵梁变形后
图9前围板动态侵入云
2.5车门变形量分析
我国的《乘用车正面碰撞的乘员保护》(GB 11551-2003)规定，汽门不应发生锁死"况下打开车门的力应小于60N。通况下，若门门框变50mm之内，
以保证车门正常开启#2$。
选取前门上下与水平对应B
测量点，通过读取测量的移来判断车门是否能正常开启。前门门框变10，其"门门70ms左右最大变形量，且
部最移量为22mm，下部为6mm；右
中保研汽车碰撞门门75ms右达到最大变形量"上部最移量为14mm，下部为4mm。由此知"右门门框变50mm以下，符合法门门框的变求。
3改进措施
针对前围板侵入量较大问题，可以从两个角度进行改进。
1)考虑结构和材料系统的"S 板改进。在材料方面，可以采用具有效果的材料，提高板的力；
构方面，可以板处的下横梁与机最的左右区域块{，可以下横梁的抗弯强度；性方面，可以采用高强度属板厚度来刚度，从而提高板的性。
2)由板受的载荷来『纵梁"梁由于弯曲变的不足•板侵入量，因此，还可以梁进
设计。构方面，可以梁内板f ，以引梁的变
变。
外，纵梁截面形状近乎为矩形，而矩扌面横梁受压力构失稳"导挡能力大幅下降，因此，还可以将纵梁截面改为"性；性方面，可以在梁尾部安装板，或者梁各连接部分的过来增加纵梁刚度，进而提高耐性
。
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