文档介绍：现代制造技术与装备第期总第期
汽车保险杠碰撞的有限元仿真与优化
韦珑珅杨荣松张勇
四川大学制造科学与工程学院成都
摘要本文以有限元法的系统动力学理论为基础基于有限元分析软件对汽车保险杠与刚
性墙的正面碰撞进行了模拟仿真计算并对计算结果进行分析。以计算结果为依据对保险杠的结构进行改进
优化其吸能能力。本次研究为保险杠的防撞设计开发提供了理论依据对深入研究整车正面碰撞的模拟仿真具
有重要的参考价值。
关键词保险杠碰撞有限元
前言分别为
随着轿车的大规模生产和使用也由于车速的不断提
ττ
高汽车交通事故的发生率已经大大的增加了。在汽车交! σΩ
τΩ
通安全事故中出现几率最高的是汽车碰撞其中正面碰
撞最普遍。据资料显示汽车发生正面碰撞的概率在ττΩτ
! !
ΩτΓ
左右。因此研究正面碰撞特性对降低乘员的伤害非常
重要。而汽车结构中的保险杠是正面碰撞时主要的承
ττ

载和吸能构件提高保险杠的吸能能力可以降低整车碰!
τ
Γ
撞中的加速度对乘员起保护作用。因此对保险杠吸能
τρτΩ
特性的研究有着重要的意义。!
Ω
有限元仿真分析的显著特点是速度快、效率高能够
其中为应变位移矩阵为位移插值矩阵τσ为
节约大量的汽车开发成本。目前国外采用有限元方法对
应力张量Ω为微体积单元τ为体积力分量τ为加
汽车碰撞安全性进行了大量的研究并取得了显著的成
速度分量τ为单位面积上的力ρ为时刻时的密度。
效。而国内在这方面的研究还不够成熟因此我们更
在有限元法中加速度场也可以通过插值方法获得。
有必要对保险杠正面碰撞性能的有限元模拟仿真进行研
即有
究。
ττ
碰撞仿真的有限元理论与方法
将代入式中可得
碰撞是一个瞬态的复杂物理过程它包含以大位移、
大转动和大应变为特征的几何非线性这使得汽车碰撞ττττ
"! ρΩ#
过程的精确描述和求解十分困难。目前对碰撞过程的仿Ω
真一般都采用显式仿真算法。采用中心差分法将质量式中为质量矩阵并按下式计算
矩阵对角化从而避免求解联立方程组。采用分步积分
ρτΩ
法将碰撞过程的时间域分成许多子域!
Ω
其中于是得到子域时刻⋯由于δ代表任意的虚位移场式的成立条件
。为求时刻的解假设时刻的解是已知的只要在为
ττττ
这个假设条件下能够求出时刻的解任意时刻的解都

能求出了因为时刻的解是已知的可用来求出时刻将式代入式并整理得
ττττ
的解依此类推时刻的解便可求出。在接触体系中
⋯时刻的状体都是已知的其中任何一个状态都可以本次碰撞的模拟仿真计算以以上所介绍的显示有限
作为参考状态去求下一状态的解。元理论与方法作为指导基础。
将记作将记作τ由拉格朗日列式法可得τ保险杠碰撞仿真的基本过程
时刻的虚功原理式本次模拟仿真的有限元计算软件选用它
ττττ
δ是功能齐全的几何非线性求解程序以显式求解、结构分
ττ
其中δ为虚位移为内力矢量为外力矢析、非线性动力分析为主但其前处理功能相对较差
ττ
量为接触力矢量为惯性力矢量它们的计算式故本次实验使用了、和联合建
设计与研究
模求解技术