本文以常見的旅居房車為研究對象，首先在SolidWorks上建立對應的旅居房車三維模型，之后運HyperMesh軟件對其進行網格劃分、定義材料、鉸鏈創建、定義約束、定義接觸等有限元建模處理，并進行仿真模型的簡化。根據2018版C-NCAP正面碰撞規定，設定初速度設置為50km/h，即Ls-Dyna仿真中定義旅居房車的X-Velocity為13889mm/s。最后導出K文件類型，之后將該求解文件導入LS-DYNA中進行求解，對求解運算得到的d3plot文件利用HyperView進行查看。通過碰撞仿真分析，模擬旅居房車的正面碰撞過程，觀察車身變形、入侵量測量、受力情況等。進而對受力薄弱部位提出改進方案。經過碰撞仿真與企業實際調研發現，車廂與額頭連接處應力較為集中，其原因是制作額頭的模具出現了垂直角。在旅居房車因碰撞而使額頭因慣性力向前移動時，該直角部位將出現應力集中。本次設計對該部位進行優化，對優化后的車廂在相同的條件下進行碰撞仿真，仿真結果表明優化后的車廂能夠在旅居房車發生碰撞時避免強度失效發生的撕裂。

旅居房車碰撞結果分析

由本次設計所搭建的旅居房車有限元模型碰撞仿真結果可以發現，在旅居房車的碰撞過程中，車廂有兩處位置的應力較為集中。經過分析，此兩處的應力來源于額頭以及額頭中重物的總慣性力產生的，因為額頭一般可以有一位成年人躺在里面，本次設計在額頭部分添加了一位成年人的質量。如圖1中A、B兩點所示，其中A處甚至發生了斷裂，說明此處車廂與額頭位置的連接位置的設計不合理，需要對其車廂與額頭位置的連接位置進行重新設計。B處缺點明顯，額頭垂直部分的應力集中位置存在尖角，構件外形上產生了不合理，需要對該垂直部分的尖角進行重新設計。

圖1 車廂應力集中位置

優化車廂建模

為了更好的進行優化車廂建模，本次設計還需要進一步了解旅居房車的具體構成與裝配工藝，故本次畢業設計期間對房車公司進行了調研，觀看旅居房車的生產工序，并與房車公司工程師進行交流。發現旅居房車的額頭模具垂直部分的位置存在尖角，如圖2所示。說明此處車廂與額頭位置的連接位置的設計不合理，需要對其車廂與額頭位置的連接位置進行重新設計，這也是為什么車廂有兩個部分應力集中的原因。

圖2 房車公司的調研與額頭模具

為了避免車廂與額頭連接處受力過大產生撕裂現象，本次設計對額頭垂直部分的應力集中位置采用消除尖角、優化構件外形的方法，擬采用加肋板與添加過渡圓角操作，使碰撞帶來的慣性力平滑過渡，均勻施加載荷，如圖3所示。

     

圖3 優化車廂建模圖

優化車廂碰撞仿真驗證

為了驗證本次設計的合理性，對優化后的車廂重新裝配到同一底盤有限元模型上，并且保持相同的連接關系進行碰撞仿真驗證，控制變量的唯一。Ls-Dyna仿真中定義旅居房車的X-Velocity為13889mm/s。仿真過程取100ms與160ms時刻與未優化的車廂碰撞仿真應力圖進行對比分析

(a)100ms

(b)160ms

圖4 旅居房車車廂時刻應力圖

為了更好的體現優化后的車廂能夠提高旅居房車車廂的碰撞可靠性，使結果更具可視性，本次設計在旅居房車的車廂上選取三個應力較大位置的點進行應力曲線的輸出，如圖5所示，為旅居房車車廂時刻應力曲線。由圖5可以發現，優化后該三個點的時刻應力曲線數值均低于未優化后的車廂應力，優化后微旅居房車車廂有限元模型在發生碰撞時在額頭連接處受力的最大值為183.9 N，相對于原方案的在額頭連接處受力最大值302.5N 減少了118.6N，提高了車廂的碰撞安全性，說明本次設計的優化方案能夠更好地防止旅居房車車廂材料在超過塑性應變產生的撕裂現象。

圖5 旅居房車車廂時刻應力曲線

綜上所述，由圖4、5可知，本次對額頭垂直部分的應力集中位置采用加肋板與添加過渡圓角操作的優化車廂設計，消除了尖角、改善了構件外形，使碰撞帶來的慣性力平滑過渡，有效的避免了車廂在旅居房車發生碰撞時因材料超過塑性應變產生的撕裂現象。優化后的最大應力值未超過旅居房車車廂材料因塑性應變產生的撕裂現象的下許用應力，因此優化設計符合預期要求，在一定程度上能夠提高旅居房車車廂的碰撞可靠性。