大客车翻滚碰撞有限元分析及车身局部结构优化设计PPT推荐.ppt

1、随着客车运输的迅猛发展，公路客运量也在急剧的增长，客车重大交通事故的绝对数量目前也呈上升趋势，造成的生命财产损失非常巨大。据统计，近五年全国汽车翻车事故率仅次于侧面碰撞、正面碰撞和追尾,约占总事故率的7%，汽车翻车死亡率高达12%。我国客车翻滚事故的现状不容乐观ECE R66法规生存空间整车翻转试验 按按ECE 66ECE 66号法规规定的试验方法，客号法规规定的试验方法，客车车身结构在进行试验时及在试验后，车车身结构在进行试验时及在试验后，应确保其具有足够的强度。此法规规定应确保其具有足够的强度。此法规规定：（1 1）客车任何部分的位移都不允许侵入保存空间。）客车任何部分的位移都不允许侵入保

2、存空间。（2 2）客车保存空间内的任何部分都不能突出到变形）客车保存空间内的任何部分都不能突出到变形 的车身结构之外。的车身结构之外。有限元建模的三种方法：（1）直接建模（2）实体建模（3）导入CAD三维数模客车有限元建模方法：（1）全部采用梁单元建模。（2）采用壳单元精确建模。采用梁单位建立客车有限元模型 本文引用了中国农业大学邰永刚本文引用了中国农业大学邰永刚和北京航空航天大学孙凌玉等和北京航空航天大学孙凌玉等人人采用采用标准截面梁单元和自定义截面梁单元标准截面梁单元和自定义截面梁单元建立的模型客车车身骨架有限元模型，建立的模型客车车身骨架有限元模型，该模型由该模型由41904190个梁单

3、元和个梁单元和355355个焊点个焊点单元组成。单元组成。客车有限元模型有限元前处理（1）简化处理（2）载荷的处理（3）接触的定义（4）部件连接（5）边界条件处理模态分析 模态分析是对噪声分析和评价的一种方法，模态分析是对噪声分析和评价的一种方法，将线性定常系统微分方程组中的物理坐标变将线性定常系统微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组换为模态坐标，使方程组解耦解耦，成为一组以，成为一组以模态坐标及模态参数描述的模态坐标及模态参数描述的独立方程独立方程，以便，以便求出系统的模态参数。求出系统的模态参数。模态分析方法就是模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型以无阻尼的各阶主振型所对应的所对

4、应的模态坐标模态坐标来代来代替替物理坐标物理坐标,使微分方程使微分方程解耦，变成各个独立微解耦，变成各个独立微分方程。分方程。系统自由振动特性系统自由振动特性（固有频率和振型固有频率和振型）的求解的求解问题就是求矩阵问题就是求矩阵特征值特征值 和和特征向量特征向量 的问题。的问题。模态试验的评价方法（1）分析评价法（2）对比评价法 分析评价分析评价法认为，结法认为，结构的动态响构的动态响应由应由外界激外界激励频率励频率和该和该频率下激励频率下激励分量大小以分量大小以及结构本身及结构本身的的固有频率固有频率和相应振型和相应振型决定决定。模态分析采用BLOCK-LANZOS方法，得到了低阶固有频率

5、和振型。一阶扭转振型一阶弯曲振型 下图所示张紧细绳上均匀地分布着五个相同的集中质量，绳子张力 在微幅振动过程中近似认为是常数。分析系统的主振动的频率和主振型。五自由度弹簧质量振动系统五自由度的主振动客车翻滚试验翻滚试验台客车侧翻过程评价指标生存空间 ECE R66ECE R66对对车身车身上部结构强度的要求主上部结构强度的要求主要体现在以下两点：要体现在以下两点：（1 1）结构的任何移位部分不能侵入生存空）结构的任何移位部分不能侵入生存空间之内。间之内。（2 2）生存空间的任何部件不得突出到变形）生存空间的任何部件不得突出到变形结构之外。结构之外。采用显式积分的非线性有限元软件（1）ABAQU

6、S公司的Explicit （2）MSC公司的DYTRAN （3）LSTC公司的LS-DYNA 20世纪80年代法国ESI将DYNA商品化，命名为PAM-CRASH；1989年，John Hallquist扩展了LS-DYNA商业版的DYNA程序。LS-DYNA仿真计算 整车骨架在试验台上绕旋转轴翻倒，在整车骨架在试验台上绕旋转轴翻倒，在与地面接触时可以认为只有角速度和重力与地面接触时可以认为只有角速度和重力场的作用，故只从侧翻的车体触地前的最场的作用，故只从侧翻的车体触地前的最后一个状态开始模拟，其碰撞角速度根据后一个状态开始模拟，其碰撞角速度根据质心坐标变化量和动能定理求得质心坐标变化量和动

7、能定理求得=1.35=1.35 rad/srad/s，碰撞模拟时间为，碰撞模拟时间为200 ms200 ms。生存空间评估角原设计评估角变化曲线原设计碰撞能量变化曲线原设计质心速度变化曲线车身上部结构改进设计质心加速度曲线车身最大变形图结论（1 1）客）客车侧翻试验并结合动态计算机仿真模拟是评价车侧翻试验并结合动态计算机仿真模拟是评价客车客车侧翻安全性侧翻安全性的有效方法的有效方法。（2 2）对客车有限元模型进行对客车有限元模型进行模态分析模态分析是评价模型可信是评价模型可信度的有效方法。度的有效方法。（3 3）本文提出客车侧翻碰撞中生存空间的评价指标）本文提出客车侧翻碰撞中生存空间的评价指标生存空间评估角生存空间评估角，结合动力学参数可以准确、动态地，结合动力学参数可以准确、动态地评估生存空间受侵入的程度。评估生存空间受侵入的程度。（4）客车侧翻碰撞）客车侧翻碰撞中上部结构中上部结构尤其是尤其是侧围侧围结构是决定结构是决定侧翻碰撞安全性能的关键因素，本文通过优化侧围结构侧翻碰撞安全性能的关键因素，本文通过优化侧围结构有效地提高了客车侧翻安全性能，最终改进方案可以满有效地提高了客车侧翻安全性能，最终改进方案可以满足足ECE R66法规对法规对乘员生存空间乘员生存空间的要求。的要求。