有限元汽车碰撞仿真分析

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作为最常用的交通工具，私家汽车给人们带来了便利，让人们更充分的享受生活。随着全世界汽车数量的迅速增加，汽车质量、驾驶技术问题及道路状况等多种因素合力作用结果，汽车交通事故已成为严重问题。

     面对这个严重的问题，各国的工程技术人员都在不遗余力的提高汽车的安全性能。各国政府相应的制定了碰撞安全性能标准，具有代表性的有美国的FMVSS汽车碰撞安全法则、欧洲的ECE和EEC汽车碰撞安全法则。目前最为人关注的碰撞试验为NCAP（NewCarAssessmentProgram）。 

      早期的被动安全性研究主要是通过大量的试验来进行，采用同样的碰撞过程反复进行，收集数据。这样的试验方法需要相当长的时间。发达国家每次汽车安全性能的试验都需要手工打造几十辆新车，人力、物力、财力都需要很大的消耗。

      伴随着计算机技术的发展，有限元计算分析方法被运用到汽车的碰撞模拟仿真中，通过CAE碰撞仿真分析对汽车安全性加以验证，极大地降低了汽车的设计成本和研发周期，并且获得更为准确的数据对汽车结构进行下一步优化。 

      在汽车碰撞仿真分析中，方元技术主要从最常见的几个碰撞性能分析项开开展汽车碰撞安全CAE仿真分析。

正面刚性墙碰撞分析

      根据法规和C-NCAP要求，在正面刚性墙碰撞中，汽车以50km/h的速度正面垂直撞击刚性墙。

      利用CAE仿真分析方法，不仅可以输出碰撞过程中B柱、中央通道的加速度，前围板、踏板、方向盘的侵入量，门框变形量及各主要力传递路径结构的截面力等信息，还可以根据分析结果快速地修改主要吸能结构的材料、料厚及特征等，达到优化的目的。

40%偏置碰撞分析

     40%偏置碰撞与正面刚性墙碰撞不同的区别是偏置碰撞中只有一侧的纵梁结果参与变形吸能，随着新版C-NCAP偏置碰撞速度的由原来的56km/h提高到64km/h，对偏置碰撞的设计提出了更高的要求。

      利用CAE仿真分析方法，仅需要将分析模型的速度提高，相应地对比原设计车在56km/h下的结果，即可知道设计车在64公里下的碰撞性能，并作相应的设计优化。

侧面碰撞分析

      侧面碰撞中，重950KG的可变形移动壁障以50km/h的速度垂直车身驾驶员侧。众所周知，车身侧面离车身乘员距离很近，碰撞过程中没有足够的长度缓冲吸能。分析中常以驾驶员侧B柱和门内板的侵入量及侵入速度考察侧面结构的耐撞性。

后碰撞分析

      后碰撞主要考察后碰追尾过程中燃油系统的完整性，后碰撞分析中重1100KG的移动壁障以50km/h的速度垂直撞击汽车后部，可判断油箱系统的完整性，考察是否有尖锐物接触或刺破油箱及燃油管路的风险，还可以考察后纵梁、吸能盒、后地板、备胎坑等部位的变形情况，优化这些部位的设计。

行人保护

      在开发新车型时就要求在造型设计前期行人保护分析就开始介入，以保证造型的同时满足行人保护的要求。目前行人保护分析主要根据GTR法规进行分析。包括有成人头部、儿童头部、大腿、小腿等。

其它分析项目

      碰撞分析中还有一些不常见分析内容，如前后保的低速碰撞分析，主要考察前后保的维修性能及成本；大中型客车的侧翻碰撞分析；商用车的驾驶室摆锤分析等，主要是根据车型及客户要求的不同而进行相应分析。

      在汽车碰撞发生的极短时间内，车身发生巨大的形变。通过有限元方法将整车按区域进行建模。并且将建立的整车有限元模型进行整车偏置碰撞的模拟仿真，模拟了碰撞过程后车身的变形结果，得到了碰撞过程中模型的能量与速度变化曲线。从而直观地掌握了汽车在碰撞过程中能量等参数的变化情况。