基于预变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计(2)

第２卷第４期周宇，等：基于顸变形控制理论的汽车前纵梁仿真设计３５实际上人们很早就认识到了这一点，并根据相关的知识提出了一些改进的方法，企图消除结构力一变形特性曲线中力的幅度波动较大的那部分曲线，达到使结构的整个力一变形特性曲线平稳的目的．其中，以德国学者霍尔斯特 皮佩特等人的构想最具有代表性．在霍尔斯特 皮佩特等人的构想中“１，实现结构力一变形特性曲线平稳的办法被归结为两大类，其中一类是采用图２（ａ）所示的弯曲形曲式纵梁，通过在纵梁合适位置设置一个弯曲区域，使得纵梁在汽车纵向碰撞过程中发生弯曲变形来吸能；另一类是采用图２（ｂ）所示的横截面削弱式纵梁，将纵梁上合适位置处的横截面削弱，使得纵梁在纵向碰撞过程的初期首先在预定的位置发生变形，且由于变形部分的截面已经被削弱，发生变形所需的力也相应减少，从而使结构的力一变形特性曲线平稳且变形能够被控制．

（ａ）弯曲式纵梁（ｂ）削弱式纵粱

圈２能局部弯折的纵栗姑构形式

由于汽车薄壁直梁的安装位置所限，它的结构形状的改变涉及到其他部件的安放和载重的变化，故图２（ａ）的设计构想不适合于汽车前纵梁的设计，所以考虑用图２（ｂ）的削弱式纵梁来进行优化设计．

当削弱式纵梁受到冲击时，在碰撞的一瞬间，不会像普通的薄壁直梁一样产生那么大的反冲击力．相反，由于有被削弱的地方，该处的刚度应该要稍小于其他处，于是最早变形就在此处产生，即较早地消除了图１中比较陡的开始部分，提前进入稳定的“压溃”阶段．这就是预变形控制的理论基础．

２普通薄壁直梁的仿真模拟

对于汽车的碰撞研究，大多采用试验和数值模

拟相结合的手段，薄壁梁的研究也不例外Ｌ３Ｊ．但建

立整车正碰模型需要耗费大量的人力和时间，所以

本研究直接对汽车前纵梁的变形方式和吸能特点

进行研究．薄壁梁的仿真建模一般都是采用有限元

法，目前国内在这方面广泛采用的有限元软件是表１Ｐｌａ击ｃⅪｎｅ哪ｄｅｍ材料模型参数项目弹性模量Ｅ／ＧＰ密度／（ｋｇ ｍｑ）泊橙比

屈服应力＾／ＧＰ

切向模量五／ＧＰ数值２００７８６５０２７璩ｄｙｎａ３Ｄ，Ｐ蹰Ｉ—ｃｍ吕ｌｌ和Ｍｓｃ．Ｄｙｔｒａｎ等．本研究利用美国Ｍｓｃ公司的ｖＰＧ软件进行仿

真模拟试验，使用ｖＰＧ软件做前后处理，使用Ｉｓ－

ｄｙＩＩａ软件做计算．模拟中将钢板定义为Ｐｌａｓｄｃ硒ｎｅ－０．３１０．７６３失效时的等效塑性应变ｃ／（８“）

Ｐ０．７５４０ｍｄｃａｌＭ０ｄｅｌ（塑性随动弹塑性材料模型），具体参５

数见表１．

拟纵粱的长度为Ｏ．３５ｍ，截面宽为０．１ｍ，高为ｏ．０６８ｍ，厚度为０．００１２ｍ，网格划分为Ｏ．００５ｍ．整个薄壁直梁建模、划分网格后的状况如图３所示．

设某轿车以５０ｋｍ／ｈ的时速发生正碰时的总动能为１００ｋＪ．前纵梁作为主要的吸能部件，应该能吸收５０％左右的能量。而单根前纵梁应该能吸收２５％左右的能量．这样在设定撞击物时，根据动能公式：