Otomobil ön tamponunun enerji emici yapısının düşük hızlı çarpışma simülasyon analizi
Tian Guofu, Yang Chengguo
(Makine Mühendisliği Okulu, Shenyang Teknoloji Üniversitesi, Shenyang 110870, Liaoning)
: Düşük hızlı bir çarpışmada, belirli bir modelin araba tamponunda bir simülasyon analizi gerçekleştirin, tampon modelini basitleştirin, bir sonlu eleman modeli oluşturmak için HyperMesh'i kullanın ve ardından hesaplama için LS-DYNA'ya gönderin ve ilgili yanıt parametrelerini elde etmek için çarpışma sonuçlarını işlemek için HyperView'ı kullanın , Ve tepki parametrelerinin sonuçlarını analiz edin ve ardından tampon tasarımı için teorik bir temel sağlayan araç tamponunun düşük hızlı çarpışmasında en önemli enerji emici bileşenleri ve enerji emici parçaların tepki özelliklerini belirleyin.
: Araba kazası; tampon; simülasyon analizi; enerji emilimi
: U461.91; TP20 Belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.03.007
Alıntı biçimi Tian Guofu, Yang Chengguo. Otomobilin ön tampon enerji emici yapısının düşük hızlı çarpışma simülasyon analizi J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (3): 23-25,28.
0 Önsöz
Otomobil trafik kazası sayısının her geçen yıl artmasıyla birlikte, kişisel ve mal güvenliğini koruyan otomobil güvenliği projesi, insanların ilgisini ve ilgisini çekti. Otomobil güvenliği, aktif güvenlik ve pasif güvenliği içerir. Şu anda, pasif güvenlik hala otomobil güvenliğinin en önemli yöntemidir.Pasif güvenlikte, ana yapısal bileşenlerden biri olan otomobil tamponları, araçların çarpışma güvenliği performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir, bu nedenle araştırma Otomobil tampon kirişlerinin çarpışma özellikleri, otomobil çarpışmalarının güvenliğini artırmak için büyük önem taşır. Otomobil çarpışma sürecinde hem geometrik doğrusal olmama hem de fiziksel doğrusal olmama söz konusudur.Araba çarpışma sürecinde karmaşık çarpışma teması ve sürtünme sorunları da mevcuttur. Bu nedenle, otomobil çarpışma performansı araştırması teorik analizin kapsamının çok ötesine geçmiştir ve deneysel ve sayısal analiz yöntemlerine dayanmalıdır [1].
1 Araba tamponlarına genel bakış
Tampon, aracın pasif güvenliği için önemli bir bileşendir.Araba düşük hızlı bir çarpışmada (genellikle 10 km / s'den daha az), tamponun deformasyonu yoluyla çarpışmadaki enerjiyi emebilir, motor bölmesindeki bileşenleri etkin bir şekilde koruyabilir ve aynı zamanda Yayalar en yüksek derecede korumaya sahiptir. Tampon sistemi, düşük hızlı çarpışma ve yaya korumasının iki yönünde anahtar rol oynadığından, yurtiçi ve yurtdışında otomotiv pasif güvenliği alanında önemli bir araştırma içeriğidir. Tüm dünyadaki ülkeler ayrıca tamponların çarpışmaya dayanıklılığı için özel düzenlemelere ve test şartnamelerine sahiptir [2].
Tampon genellikle üç parçadan oluşur: bir dış panel, bir tamponlama malzemesi ve bir kiriş. Dış plaka ve yastıklama malzemesi plastikten yapılmıştır ve kiriş, U şeklinde bir oluk oluşturmak için yaklaşık 1.5 mm kalınlığında soğuk haddelenmiş bir levha ile delinmiştir.
Şekil 1 Tampon yapı şeması Sonlu eleman analizini kolaylaştırmak için, bu yazıda incelenen tampon sistemi bir model elde etmek için basitleştirilmiştir.Şekil 1'de gösterildiği gibi tampon yapı şeması üç bölümden oluşmaktadır: kiriş, enerji emici kutu ve gövde eşdeğeri çelik levha ( Tamponun arka kısmı, kiriş ve enerji emici kutu braketinin tampon enerji emici eleman olarak kullanılabildiği ve enerji emiliminin otomobilin güvenlik performansını doğrudan etkilediği rijit panonun tüm araca verdiği kalite olarak kabul edilebilir.
2 Otomobil çarpışma simülasyonu için sonlu elemanlar teorisi temeli
2.1 Bir araba kazası sırasında doğrusal olmayan özellikler
Doğrusal olmayan analiz problemi, yapının sertliğinin deformasyonu ile değişmesi sorununu ifade eder.Doğrusal olmayan bir sistemde, sistemin tepkisi ile uygulanan yük arasındaki ilişki artık doğrusal değildir.
Otomobil kazasının simülasyonunda [3-4] üç tür doğrusal olmama vardır, bunlar geometrik doğrusal olmama, malzeme doğrusal olmama ve sınır doğrusal olmama (yani temas doğrusal olmama).
2.2 Kum saati kontrolü
Bilgisayar analiz süresinden tasarruf etmek için, indirgenmiş integral ünitesi genellikle LS-DYNA'da doğrusal olmayan dinamik analiz için kullanılır, ancak indirgenmiş integral sıfır enerji moduna veya kum saati moduna neden olabilir [5]. Sıfır enerji modu olarak adlandırılan mod, ünitenin herhangi bir enerji tüketmeden istenildiği zaman bükülebileceği veya kesilebileceği anlamına gelir. Analiz işlemi sırasında üretilen kum saatinin deformasyonu genellikle analiz sonucunu geçersiz kılar. Kum saati fenomeni yalnızca katı ve dörtgen elemanlarda meydana gelir. Araç çarpışma modelinde, elemanların% 90'dan fazlası dörtgen ve katı elemanlardan oluşmaktadır. Kum saati kontrol edilmezse, yapının genel sertliği küçülür ve simülasyon sonuçlarını anlamsız hale getirir [6].
2.3 Çarpışma temasının tanımı
Bir araba çarpışmasını simüle etmek için bir bilgisayar kullanırken, temasın önceden ayarlanması gerekir. Bir araba çarpışmasında ana temas biçimleri, deforme olabilen gövde ile deforme olmuş gövde arasındaki temas, deforme olabilir gövde ile sert gövde arasındaki temas ve deforme olabilen gövde arasındaki temastır. Bu kontaklar için, çarpışma simülasyonunu tanımlamak için düğümden yüze temas, yüz yüze temas ve tek taraflı otomatik temas kullanılır. Çarpışma temasının doğru tanımlanması, doğru çarpışma simülasyonu için gerekli bir koşuldur.
2.4 Zaman adımı kontrolü
Zaman adımı, sonlu eleman entegrasyonunun her adımının zaman uzunluğudur. Zaman adımı çok büyükse, hesaplama dengesiz olur ve simülasyon hesaplamasının doğruluğu azalır. Bu nedenle, zaman adımı kontrol edilmelidir.
3 Otomobil tamponunun sonlu eleman modelinin oluşturulması
İthal CAD modelinde tampon kiriş ve enerji soğurma kutusunun dörtgen ızgara hücresinin boyutu 10 mm, arka çelik levha ve rijit duvarın ızgara hücre boyutu 20 mm'dir.Enerji soğurucu kutu ve kiriş kaynak noktaları ile birbirine bağlanır, Enerji kutusu ve arka plaka rijit bir şekilde bağlanmıştır Tampon ile duvar arasındaki temas yüzeyden yüzeye temas olarak tanımlanmıştır.Çarpışma hızı, tüm aracı simüle etmek için kullanılan arka çelik plaka üzerindeki karşı ağırlık 1600 kg olan bir kütle noktası olan, yönetmeliklere göre 4 km / s olarak ayarlanmıştır. Kalite, spesifik süreç Şekil 2'de gösterilmiştir.
3.1 Modeli içe aktar
Tasarlanan CAD modelini, İçe Aktar komutuyla HyperMesh'e aktarın.
3.2 Geometri temizleme
CAD modelindeki yinelenen ve gereksiz yüzeyleri silmek, eksik yüzeyler oluşturmak ve serbest kenarları birleştirmek için geometrik temizleme araçlarını kullanın Hızlı düzenleme, Kenar düzenleme, Yüzey ve diğer komutları kullanın. Kaliteli bir ağ elde etmek için.
3.3 ağ oluşturma
Tampon ince bir kabuk yapısıdır ve kabuk elemanlarını benimser.Tampon kirişi ve enerji emici kutu çarpışma sürecinde ana deformasyon ve enerji emici yapılar olduğundan, tamponun tepki özellikleri analiz edilir.Bu nedenle, tampon kirişi ve enerji emici kutu ağı Izgara daha ince bölünmüştür ve hücre boyutu 10 mm'ye ve arka çelik plaka ve sert duvar hücresi gibi ikincil analiz bileşenleri için 20 mm'ye ayarlanmıştır.
Ağı küçükten büyüğe doğru sırayla bölün ve bölünmüş ağın esas olarak dörtgen olmasını sağlamaya çalışın ve ardından Kaydet'e tıklayın. Şekil 3'te gösterilen tamponun sonlu eleman modeli elde edilmiştir.
3.4 Otomobil tamponunun sonlu eleman modelinin yükleme koşulları
Parçaları meshledikten sonra, parçaların malzemelerini ve niteliklerini ayarlayın ve ilgili bağlantıları, yükleri, kısıtlamaları gerçekleştirin ve hesaplama kontrol parametrelerini ayarlayın.Bundan sonra, K dosyaları oluşturmak ve LD-DYNA çözücüsüne göndermek için model modelleme tamamlanabilir Hesaplama.
(1) Bağlantı ayarları
Lehim bağlantılarının sonraki ayarlarına hazırlanmak için malzeme ve özellik içermeyen yeni bir Bileşenler oluşturun.
Enerji soğurma kutusunun iç ve dış plakalarını lehim bağlantıları olan kiriş ile birleştirmek için Spotweld aracına tıklayın Lehim bağlantıları arasındaki mesafe yaklaşık 40 mm.Enerji soğurma kutusunun arkasındaki çelik levhanın lehim bağlantıları bir sonraki adımı etkilemeyecek şekilde arka uçtan en az 2 ızgaradır. Enerji soğurma kutusu ile arka plaka arasındaki bağlantı zarar görmüş.
Düşük hızlı bir çarpışmada, enerji soğurma kutusunun arkası, sert plakalara sahip ana aracı temsil eder, böylece enerji emici kutu ile arka sert plaka arasındaki bağlantı, sert bir gövde bağlantısı ile gerçekleştirilebilir.
Elements aracını kullanarak, enerji soğurucu kutunun arkasındaki bir ızgara çemberi seçin, hareket ettirin ve sonraki ızgara çemberini arka sert panele taşıyın Bu şekilde, enerji soğurma kutusu arka plakaya sağlam bir şekilde bağlanır.
(2) Karşı ağırlık ve temas ayarı
Sonraki karşı ağırlık temasına hazırlanmak için malzeme ve özellik içermeyen yeni bir Bileşen oluşturun.
Kütleler menüsünde, kütleden sonraki boşluğa 0,3 girin. Her düğüme 0,300 kg'lık bir kütle atayın (toplamda yaklaşık 1600 kg).
Analiz menüsünde Temas adlı bir dosya oluşturun ve ardından tampon ile çarpışma duvarı arasındaki teması Yüzeyden Yüzeye temas olarak tanımlayın.
(3) Kısıtlamalar ve yükleme ayarları
Analiz menüsüne girin, Kısıtlamalar aracında düğümler komutunu kullanın, çarpışma duvarını seçin ve Oluştur komutunu etkinleştirin, böylece çarpışma duvarının tüm düğümlerini sabit bir moda sınırlayın.
Araç çubuğunun Loadcols menüsünde, bir başlangıçVel yükü oluşturun.ECE R42 yönetmeliklerine göre, referans çarpışma hızı 4 km / saate ayarlanmıştır.
(4) Bilgisayar parametre ayarı
Bir çıktı dosyası oluşturmak için bu çıktı olarak tamponun hemen arkasındaki orta düğümü ve tampon enerji soğurucu kutunun arka panelindeki orta düğümü seçin.
Kontrol kartları ayar menüsünde, aşağıdaki hesaplama parametrelerini ayarlayın: control_energy, control_hourglass, control_shell, anahtar kelime control_termination menüsünde [ENDTIM] parametresini 0,050'ye ve hesaplama süresini 50 ms'ye ayarlamak için anahtar kelime.
[TSUMIT] ve [DT2MS] 'deki anahtar kelimeleri sırasıyla 1e-5 ve -1e-5'e ayarlayın ve diğerleri için varsayılan değerleri kullanın ve [DT] anahtar kelimesini 0,0025 olarak ayarlayın. Bu anahtar sözcük, her D3plot dosyasının çıktı aralığını 2,5 ms olarak ayarlar.
Şekil 4 Tampon deformasyon diyagramı Database_option 10e-5'e ayarlanmıştır, İkili Opsiyonlar ASCII-BINARY olarak seçilmiştir, böylece ASCII kodu ve İkili çıktı dosyaları aynı anda kullanılabilir.
Dışa aktar işlevi menüsünü açın ve count.k adlı dosyayı çıkarın.
(5) Hesaplamayı gönderin
LS-DYNA'yı açın, Giriş Dosyası sütununa K dosya yolunu ve dosya adını girin ve dosyanın hesaplamasını başlatmak için sağ üstteki ÇALIŞTIR düğmesine tıklayın.
4 Tampon çarpışmasının dinamik tepki özelliklerinin analizi
Tampon çarpışma sonuçlarını görüntülemek ve analiz etmek için HyperView son işlemcisini kullanın.
4.1 Tampon modeli deformasyonunun enerji absorpsiyon analizi
Analiz sonuçlarını görüntülemek için HyperView kullanıldığında, tamponun 0-50 ms içindeki deformasyon süreci Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4'teki tampon şeklindeki değişikliğin gözlem ve analizinden sonra, tampon kirişi ve çarpma duvarı kademeli olarak 0-25 ms arasında temas etmiş ve tampon kirişi eğilmeden düze değişmiştir Bu süreçte, tampon kirişi esas olarak elastik olarak deforme olmuştur. Kirişin elastik deformasyonu, çarpışmanın ilk dönemindeki kinetik enerjiyi elastik potansiyel enerjiye dönüştürür. 25-50 ms'lik süre boyunca, kiriş çarpışma duvarına daha fazla temas ettikçe, kirişin çarpma duvarından gelen ters kuvveti, kirişin akma koşulunu aşarak kademeli olarak artar. Bu sırada, tamponun kirişi büyük bir Geri dönüşü olmayan plastik deformasyon yoluyla bükülme, düşük hızlı çarpışmanın ikinci yarısında kinetik enerjiyi emer. Tüm düşük hızlı çarpışma sırasında, tampon kirişi büyük ölçüde deforme olur ve enerji emici kutu çok az deforme olur. Bunun ana nedeni çarpışma sırasında önce tampon kirişinin çarpışma duvarı ile temas etmesi ve sistemin kinetik enerjisinin önce tampon kiriş deformasyonunun potansiyel enerjisine dönüşmesidir.Işın büyük ölçüde deforme olur ve kinetik enerjinin çoğunu absorbe eder, böylece sistemin kinetik enerjisi giderek azalır. Düşük hızlı çarpışmanın hızı daha düşüktür ve çarpışma süreci, enerji emici kutu deforme olmadan önce neredeyse durur. Tampon kirişinin deformasyonu büyüktür ve enerji emici kutunun deformasyonu küçüktür, bu da tamponun yapı tasarımının makul olduğunu gösterir. Şekil 5 Tampon yer değiştirme bulut diyagramı
4.2 Yer değiştirme bulutu görüntüsünün değişim analizi
Önden çarpışma analizi, araba çarpışma analizinde ana analiz yönü olduğundan, tampon sisteminin hareket hızı 4 km / saat, yönü ise X yönü boyuncadır. Şekil 5, tampon sisteminin çarpışma yer değiştirmesinin bir bulut diyagramıdır.
Şekil 5'deki deplasman bulut haritası incelendikten sonra çarpışma sırasında, tampon kirişinin orta kısmındaki bulut haritasının renginin karanlıktan aydınlığa, sonra sığdan karanlığa değiştiği görülmektedir.Bu işlem, tampon ışınının önce çarpışma duvarına doğru hareket ettiğini ve çarpışma duvarı ile çarpıştığını göstermektedir. Temas başladıktan sonra, yer değiştirme rijit duvar tarafından bloke edilir ve artık artmaz.Çarpışma devam ettikçe, rijit duvarın kiriş üzerindeki kuvveti akma koşulundan daha büyük olduğunda, plastik deformasyon meydana gelir ve negatif X yönünde bükülmeye başlar. Sonuç olarak, kirişin negatif yer değiştirmesi artmaya başladı ve aynı zamanda pozitif toplam yer değiştirme azaldı Bu değişim süreci, tamponun düşük hızlı çarpışmasının gerçek süreci ile tutarlıdır.
4.3 Yer değiştirme zamanı ve hız-zaman eğrisi değişikliklerinin analizi
Tampon ışınının ortasında, çıktı nesnesi olarak bir düğüm (düğüm 4050) seçilir ve düğümün yer değiştirme zamanı ve hız-zaman eğrileri elde edilir ve ardından eğri analiz edilir. Şekil 6, Şekil 7'de gösterildiği gibi.
Şekil 6'daki eğriyi analiz edin: 0-5 ms aralığında, düğüm yer değiştirmesi zamanla doğrusal olarak artar; eğri, 8 ms'de en yüksek noktaya ulaşarak tampon ışınının bu zamanda sert duvara bağlanmaya başladığını gösterir.
Dokunma; Eğri genellikle 8 15 ms arasında aşağı doğru bir eğilim gösterir, bu da kirişin bu aşamada negatif X yönünde sıkıştığını ve deforme olduğunu gösterir; ancak, sonraki 15 50 ms içinde, eğri kısa bir süre için tekrar yükselmeye başlar ve ardından tekrar düşmeye başlar. Bu işlemin temel nedeni, tampon plastik olarak deforme olduğunda, düğümün sıkışması ve çıkıntının tepesi sert duvarla tekrar temas edip ters bir kuvvet alana kadar pozitif X yönünde şişmeye başlar, bu da kontağı yapar. Parça, çarpışma sona erene kadar negatif X yönünde sıkışmaya ve deforme olmaya devam eder. Bu çarpışma sürecine, deformasyonu daha yeterli hale getiren ve daha fazla kinetik enerji emebilen iki gidiş-dönüş deformasyonu eşlik eder.
Şekil 7'deki eğriyi analiz edin: 0-10 ms'de, eğri yatay bir düz çizgidir ve tampon sert duvara değmemiştir 10-30 ms aralığında, eğri, tampon kirişinin ve sert duvarın birbiriyle çarpıştığını gösteren genel bir aşağı doğru eğilim gösterir. Hız 10 ms'de sıfırdır ve 10-50 ms'deki eğri önce düşer ve sonra yükselir ve negatiftir, bu da kirişin negatif X yönü boyunca iki bükülme hareketine sahip olduğunu ve 50'ye kadar bir geri tepme süreci olduğunu gösterir. Hız, ms cinsinden 0'a ulaştığında, çarpışmanın neredeyse bittiğini gösterir Bu işlem yukarıdaki yer değiştirme zamanı eğrisine uygundur ve aynı zamanda gerçek çarpışma süreciyle tutarlıdır.
5 sonuç açıklaması
Tampon deformasyon haritasını, deplasman bulut haritasını, yer değiştirmeyi ve hız-zaman eğrisi ilişkisini analiz etmek için HyperMesh, LS-DYNA, HyperView kullanın ve ardından düşük hızlı çarpışma sürecinde tamponun güvenliğini ve fizibilitesini değerlendirin. Tampon kirişi, düşük hızlı bir çarpışma sırasında enerjinin emilmesinde önemli bir rol oynar ve sonraki tampon tasarımı için teorik bir referans sağlar.
Referanslar
1 Tan Xiaohong, Feng Wei, Zhao Huasong Otomobil tampon kirişlerinin çarpışma performansının sonlu eleman analizi J Mekanik ve Uygulama, 2004, 26 (2): 35-38.
[2] Hu Zhiyuan, Zeng Biqiang, Xie Shugang Araç güvenlik simülasyonu ve LSDYNA ve HyperWorks M temelinde analiz. Pekin: Tsinghua University Press, 2011.
[3] Zhao Wei. Mini Arabanın Yan Etkisinin Bilgisayar Simülasyon Teknolojisi Üzerine Araştırma D. Chongqing: Chongqing Jiaotong Üniversitesi, 2008.
[4] Jiang Zhiyong. İnce duvarlı araba bileşenlerinin çarpışmasına dayalı deformasyon ve enerji soğurma özelliklerinin simülasyonu ve analizi D. Wuhan: Wuhan Teknoloji Üniversitesi, 2009.
[5] Jiang Xiaoqing. Ön uzunlamasına kirişin çarpmaya dayanıklılığında lehim bağlantı hatası modelinin uygulama analizi D. Changsha: Hunan Üniversitesi, 2009.
[6] Wang Ke. Otomobil koltuklarının dinamik performansı üzerine simülasyon çalışması study D. Chongqing: Chongqing Jiaotong Üniversitesi, 2012.
