LS-DYNA在汽車碰撞中的模擬
隨著車輛朝著高速化、輕量化方向發展,汽車保有量不斷增加,交通事故數量及其造成的人員傷亡數量呈上升趨勢。為提高汽車被動安全性能,減少乘員傷亡,在汽車開發階段必須研究汽車結構的耐撞性。雖然汽車碰撞試驗對車型以及被動保護裝置的最終認證和鑒定必不可少,但其試驗準備工作費用和試驗所需費用都十分昂貴,同時受隨機因素以及環境和技術手段的影響,試驗結果尚存在不夠穩定和有些動態數據獲取困難的問題,而且可重復性差。國外相關研究表明,汽車的碰撞過程進行計算機模擬,不僅能預測汽車結構本身的耐撞性能,能同時實現在車輛開發進程中較好的預測其被動安全性能,利于減少實車碰撞試驗次數,節約經濟成本,加快新車型開發速度。
據了解,在我國的各類交通事故中,大約有三分之一是側面碰撞。側面碰撞的致死率則居第一位。側面碰撞也是汽車碰撞的一種常見形式,在汽車側面碰撞中,沒有像在正面碰撞中發動機艙和前縱梁那樣的吸能機構,碰撞能量主要靠車門和車立柱的變形來吸收。如下圖所示為汽車側面碰撞有限元模型。

本次側面碰撞選用移動壁障與試驗車進行碰撞模擬仿真試驗,本次側面碰撞是用移動壁障90°側面碰撞汽車進行的模擬,即移動壁障車中線與汽車中線的夾角為90°。模型中應盡量使用真實材料類型,考慮到本文的參考特性,本文模型進行了材料簡化,汽車采用LS-DYNA中的1號elastic材料,避障車采用20號剛體材料本構關系,具體設置如下:

求解之前模型還需要進行其他的設置,比如:剛性墻所有的轉動均被約束;碰撞接觸算法采用LS-DYNA程序中的自動單面接觸算法;對避障車施加撞擊的初始速度;設置計算終止時間等等。
下圖為移動壁障車中線與汽車中線成90°角碰撞結果各時刻序列圖。從圖中可以看出,車門發生了較大的變形。碰撞過程中,汽車有一定的橫向滑移,而且,汽車發生了“甩尾"的現象。

碰撞過程中的主要吸能部件為車門,車門發生了很大的變形。碰撞結束時,可能會出現車門打不開,而導致乘員無法逃生。車門變形侵入乘員艙,對乘員空間產生了很大的影響。如下圖所示為汽車碰撞前后車門變形對比圖。車門作為吸能的主要部件,吸能效果不理想,車體變形后,車門侵入到車廂內部擠壓車內的乘員空間,影響到了車內乘員的安全。可以考慮在車門內部添加加強板或者保險杠,以增加車門的內能吸收量。

本文只是汽車側面碰撞進行了試探性仿真,事實上汽車交通事故種類繁多,碰撞形式多樣,而且碰撞角度和碰撞速度也變化繁多,汽車的被動安全性設計和新車評價都需要考慮這些碰撞情況,因此需要對碰撞模擬進行更深入的研究,比如翻滾碰撞,多車連環追尾碰撞。
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