張麗，朱兵強，肖熠，苗坤怡，田雪毅

（1.陜西汽車控股集團有限公司技術中心，陜西 西安 710200；2. 陜西重型汽車有限公司研究院，陜西 西安 710200）

關鍵字：前下防護；碰撞；Radioss

引言

隨著乘用車與商用車碰撞事故導致的死亡率不斷上升，商用車裝配前下防護已被重視，我國在 2011年發(fā)行了 GB 26511商用車前下部防護要求，該法規(guī)中對部分商用車已強制要求裝配前下防護。本文對某商用車的前下部防護裝置，借助 CAE的仿真手段進行虛擬碰撞驗證分析。通過 Hyper Mesh前處理軟件，建立碰撞有限元模型，并采用Radioss求解器計算，通過分析碰撞模擬結果及時發(fā)現(xiàn)問題，進行結構優(yōu)化改進，盡可能避免通過實物樣件碰撞不合格后再進行改進的弊端，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

1 法規(guī)解讀

GB26511-2011法規(guī)適用于安裝在N2和N3類車輛上的下部防護裝置，該法規(guī)的目的是對M1或N1類車輛在與N2、N3類車輛發(fā)生正面碰撞時提供有效保護。該法規(guī)規(guī)定了商用車前下防護裝置的碰撞試驗要求。

1.1 加載點位置要求

P1點位于距離前軸輪胎最外側相切的縱向平面 200mm處；P2點對稱于車輛的縱向中心平面上，距離為700mm——1200mm；P3點位于車輛的縱向中心平面上。

1.2 施加載荷要求

對P1、P3點分別持續(xù)施加相當于車輛最大總質量的50%的水平載荷，水平載荷最大不超過80KN。對兩P2點分別持續(xù)施加相當于車輛最大總質量的100%的水平載荷，水平載荷最大不超過160KN。

1.3 試驗結果要求

在試驗過程中以及試驗完成后，前下防護前端面的各測試點到車輛最前端的水平距離應不大于400mm，P1兩點之間的前下部防護下邊緣的最大離地間隙應不大于450mm。

2 有限元模型建立

在三維制圖軟件中建立前防護的CAD模型，在前處理軟件Hypermesh中設置相關卡片信息，對前防護部件賦予材料、厚度，然后對模型進行網格劃分、建連接、接觸、約束和計算參數的設置，網格大小平均值為10mm，螺栓連接采用RBODY單元進行模擬。前防護的材料牌號為 6005-T6-GB/T 6892，厚度依次是橫梁3mm、加強板4mm、支架5mm。有限元模型如圖1所示，得到CAE 模型(如圖1 所示)生成rad文件，導入求解器Radioss 中進行碰撞仿真計算。

對原始結構P1、P2和P3測點的仿真模型如下：

圖1 仿真模型

P1點和P3點加載力80KN，力加載時長300ms，力加載到規(guī)定值后保持 200ms，P2點加載力 160KN，力加載時長300ms，最大力保持200ms。

3 仿真分析結果

由圖3、圖4可知，P1點的碰撞接觸力在110ms左右已經卸載，120ms左右已經脫離接觸，不滿足GB26511法規(guī)中要求的防護裝置在規(guī)定加載力下應承受至少200ms的碰撞接觸力。碰撞后 40ms左右，前防護的距離車輛前端水平變形414.9mm，不滿足法規(guī)要求的各測試點到車輛最前端的水平變形量≤400mm的規(guī)定。

圖3 P1點碰撞接觸力曲線

圖4 P1點碰撞變形量

由圖5、圖6可知，P2點的碰撞接觸力在200ms左右已經卸載，210ms左右已經脫離接觸，不滿足GB26511法規(guī)中要求的防護裝置在規(guī)定加載力下應承受至少200ms的碰撞接觸力。碰撞后前防護的距離車輛前端最大變形 59.8mm，滿足法規(guī)要求的各測試點到車輛最前端的水平變形量≤400mm的規(guī)定。

圖6 P2點碰撞變形曲線

4 結構改進

由于P1點在碰撞時無法保持加載力200ms，并且碰撞后變形較大，必須對原結構進行改進。改進方案：采用焊接方式在支架左右兩側增加將強筋鋁板，厚度與支架厚度一致，改進后的前防護結構如圖9所示。

圖7

由圖8、9可知，改進后的P1點碰撞接觸力保持了200ms，碰撞后前防護的距離車輛前端最大變形 346mm，滿足法規(guī)要求的各測試點到車輛最前端的水平變形量≤400mm的規(guī)定。

圖8 P1點碰撞接觸力曲線

圖9 P1點碰撞變形量

5 結論

本文通過對前防護裝置初始結構的碰撞性能進行仿真分析及時發(fā)現(xiàn)結構不滿足GB26511法規(guī)要求，針對結構薄弱區(qū)域進行優(yōu)化改進。對改進后結構再次進行碰撞仿真分析，其結果顯示，改進后結構完全滿足法規(guī)要求。通過 HyperMesh建模聯(lián)合Radioss求解器進行模擬仿真分析，提高了提高真實碰撞試驗中模型的通過率，降低研發(fā)周期和成本。