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汽车后防护装置有限元分析研究

发布于:2019-01-10 21:53
有限元分析

杭州微强科技有限公司 www.wqaduer.com       随着我国汽车工业的高速发展,汽车保有量呈现指数形式的增长。汽车走进千家万户,成为居民出行的首选。但在汽车数量急剧增长的同时,人们也逐渐认识到汽车所带来的负面影响,我国每年因交通事故死亡的人数逐年上升,汽车安全问题成为无法规避的现实。汽车的后下部防护是汽车被动安全的一个重要指标,它是指专门的后下部防护装置或者依靠自身的外形与特性能够具有后下部防护装置功能的车辆的车体、车架部件或其他部件。通常是有横梁组成的安装或连接在车架边梁或车辆其他结构上。GB11567.2-2001《汽车和挂车后下部防护要求》(以下简称要求》对汽车的后防护距离地面的高度及强度做了强制性要求。
      以国内重型车辆常用的后防护装置为研究对象,借助杭州微强科技有限公司手段对该装置进行分析、改进,使其强度达到法规要求。通过多种结构方案的对比分析,提出了能够满足国家法规要求的较佳设计方案,为设计改进提供了重要参考依据。强度分析结果表明,利用CAE软件进行汽车碰撞研究可以改善结构设计,提高汽车的被动安全性能,从而缩短开发周期,降低开发费用,提高市场竞争力。
      《要求》针对后防护装置的强度设计了一个静态加载试验。1)车辆应处于空载状态,固定在水平、平坦、刚性、平滑的平面上。2)前轮处于直线行驶位置。3)轮胎应充气到车辆制造商所推荐的压力。4)为了达到加载方式(两点加载100kN,三点加载25kN)所规定的试验力,应按照车辆制造商指定的方法制动车辆。5)装备有液压气动、液压或气压悬架或根据负载自动平衡的装置的车辆应处于车辆制造商规定的正常运行状态下。在后下部防护装置横梁结构的中心平面上截取5个载荷作用点,编号从1-5。5个载荷作用点位于同一水平面上,并且其离地面的高度为:对于后下部防护装置的状态可以调节的车辆,加载点的中心距离地面的高度不能超过500mm;对于后下部防护装置的状态不能调节的车辆,加载点的中心距离地面的高度不能超过600mm。加载试验有两点加载和三点加载之分,两点加载时在横梁中间点往外各350-500mm之间的两点(即点2和点4)加载荷大小为100kN静态力;三点加载时以载荷大小为25kN的静态力持续作用于图中左侧作用点(点1)或右侧作用点(点5)上,然后持续作用在车辆纵向中心平面上的加载点(点3)。
      所讨论的后防护装置分析流程为:在CATIA中建立后防护装置的3D模型,将其导入到专业前处理软件HyperMesh中进行几何清理、网格划分、部件连接等工作,最后将有限元模型导入到杭州微强科技有限公司中进行计算〕扣。如图为常用后防护装置CATIA装配模型。它由左右支撑总成、左右加强板、槽型横梁组成。左右支撑总成通过铆钉铆接在车架纵梁上、左右加强板与槽型横梁以及加强板与左右支撑总成均通过螺栓连接。将三维实体模型导入有限元前处理软件HyperMesh中。由于该结构厚度远小于其他方向的尺寸,为缩小计算规模,决定采用壳单元进行分析。对各个部件抽取中面后划分2D网格。在对每个零件划分网格之后,按照实际装配情况对有限元模型进行连接。
      软件HyperMesh提供了多种连接方式,如螺栓连接、焊接等。螺栓连接是通过刚性单元与弹性梁单元的组合完成的,连接示意如图。值得注意的是,采用这种方法后,孔边缘的节点自由度完全被限制,与实际变形情况不符,因此计算后此处应力不予评价。根据圣维南原理,去除孔周边单元后其他单元的应力值是可信的。经过网格剖分,连接处理后可以得到完整的后防护装置有限元模型,如图40此总成共有9个零部件,模型全部采用壳单元,单元数135954。前处理完后,要按法规要求施加约束及载荷,对于两点加载方式,有限元模拟的处理方式是:左右支架与车辆螺栓连接孔固定,限制全部6个自由度,在点2和点4加载板上各施加100kN的静态力;对于三点加载方式,先后将25kN的静态载荷加载到点1、点5、点3加载板上。因点1与点5对称,因此对于三点加载方式,笔者只讨论加载点1和点3时的受力情况。加载板是一块长130mm、高140mm、厚度为10mm的厚平板。


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