汽车前保险杠碰撞仿真及其轻量化研究(附件)【字数：9335】
摘 要随着我国汽车数量的增加,交通事故的数量也在逐年上升,这给人类的生命和财产安全造成了严重的危害。因此，对于汽车保险杠结构材料和吸能特性的研究具有重大意义。本文从CATIA建模以及ANSYS仿真软件出发，进行了汽车前保险杠的碰撞模拟和碰撞过程中吸能特性方面的研究。本文以某款汽车前保险杠系统作为研究对象，以某一车型的前保险杠参数为模型，对其进行正面碰撞分析，找出可能影响其碰撞性能的结构参数，分析出保险杠系统碰撞性能的评价参数。最后对保险杠进行轻量化研究，减轻其质量并提高其吸能特性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究发展状况 1
1.3 本文研究特点 2
1.3.1研究内容 2
1.3.2研究方法 3
1.3.3研究步骤 4
第二章 保险杠碰撞法规 5
2.1法规介绍 5
2.2失效判定准则 5
第三章 CATIA三维模型的建立 6
3.1碰撞器三维模型的建立 6
3.2保险杠三维模型的建立 6
3.3仿真系统的建立 7
第四章 ANSYS碰撞仿真 8
4.1建立分析项目 8
4.2设置材料库 8
4.3导入几何体模型 9
4.4添加材料库 9
4.5创建交互作用 9
4.6划分网格 10
4.7设置边界条件 11
4.8设置初始与分析条件 11
4.9生成k文件 12
第五章 求解及查看结果 13
5.1调用LSDYNA求解器求解 13
5.2借用LSPrePost查看结果 14
第六章 轻量化保险杠研究 18
6.1轻量化的选择 18
6.2轻量化保险杠性能分析 18
第七章 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
汽车的诞生极大的方便了人们的出行，它方便了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
我们的出行但也给我们的生命安全带来了隐患，另外汽车的保有量在增加，速度在不断提高，这就不得不对安全性进行研究。如何在提高人类办事效率的同时，减少人类生命和财产安全方面的威胁，是一个值得我们思考的问题。目前我国的公路里程在不断加长，这不得不引起人们对汽车安全性的关注，总之汽车安全性必须考虑在内。通过研究保险杠的碰撞特性和碰撞吸能特性，可以研究如何提高汽车的碰撞安全性；辅助保险杠的模型设计；有助于制定碰撞的标准法规和车辆安全技术标准。另外当交通事故发生后，利用软件仿真，可以对事故的数据进行收集处理，必要时可以帮助判定事故的成因[2]。原则上，它也能够防止不必要的伤害再次发生。
另外，对于汽车生产企业或零配件企业来说，首先其制造的产品得达到市场所在国家或地区的法律规定，其次合格的产品在达到标准的同时，也要尽可能的降低成本或者提高性价比。轻量化对于任何制造企业来说，都对自身控制成本方面有重要意义，也增加了吸引消费者的筹码。
1.2国内外研究发展状况
汽车保险杠是汽车非常重要的安全防护装置,对于汽车的被动安全性具有极其重要的影响。我国目前对于汽车保险杠的研究主要集中CAE仿真分析这方面。上海交通大学对低速碰撞对人造成的伤害程度和保险杠耐撞性能进行了研究,创建了汽车保险杠低速碰撞的摆锤式实验设备和对应的信息收集体系,利用电脑模拟碰撞过程并分析,验证了实验的有效性和可行性,得出了结果并指出了减小实验误差的方法。吉林大学对某轿车碰撞试验进行了精确的仿真模拟,对有限元模型和仿真模型结果进行对比,利用快速精确仿真分析来验证对比结果的可靠性,汽车保险杠碰撞CAE仿真分析的精度得到了有效的提高。汽车对行人的保护也越来越受到有关部门的关注,有很多关于汽车对人体保护相关的研究和试验。
保险杠的研究主要包括耐撞性，轻量化和行人保护[3]等几个方面。耐撞性方面，创新型的保险杠一般都加装了内部吸能装置，通过实现充分吸能来保证人员安全，同时能够减少或避免车辆的损伤。研究方法上，运用计算机仿真技术有着无比的优越性[4]。保险杠改进方面主要在于对保险杠尺寸、横截面形状的改进[5]。轻量化方面，可以对尺寸结构进行改进，这种改进是一种思路上、源头上的优化；也可以运用新的技术和材料，借用新的方式加以改进。行人保护方面，对于与行人的接触部位采取偏软材料、碰撞的吸能，外部造型是未来研究的方向。安放的位置比如高度的选择等都是研究目标。
轻量化的研究可以对研究目标进行优化，比如结构方面；可以采用轻质材料。本文原则上采用铝合金轻质材料，但同时为达到符合标准的目的，将材料为低碳钢的横截面为B字型保险杠结构改变为横截面为日字型的铝合金保险杠。目前，轿车采用铝合金横梁的保险杠越来越多，因此也是本文研究铝合金保险杠的原因之一。各材料的性能如表11所示。
表11 材料性能对比[6]
材料名称
密度(kg/m^3)
弹性模量（MPa）
泊松比
结构钢
7850
200000
0.3
20号钢
7850
215000
0.28
某铝合金
2810
71000
0.35
低碳钢
7800
210000
0.3
目前汽车碰撞仿真的研究趋势主要为提高碰撞仿真的运算速度。这可以从以下三个方面考虑，一是发展新的人体模型模拟技术，使用最多的是多刚体系统动力学方法。除了采用联合使用人体的多刚体动力学模型与有限元模型的方法外，发展新的人体模型模拟技术是一个新的研究热点。二是寻求接触搜寻新方法，目前比较著名的有主从接触面算法、级域算法和一体化算法，这些算法都能有效的减少计算机仿真运算的时间。三是研究降价积分新技术。使用一点积分计算单元节点内力是提高仿真运算速度的一大法宝，但无法有效克服产生的沙漏现象。因此，提高单元节点内力计算速度和有效控制沙漏现象仍将是研究的重点。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究发展状况 1
1.3 本文研究特点 2
1.3.1研究内容 2
1.3.2研究方法 3
1.3.3研究步骤 4
第二章 保险杠碰撞法规 5
2.1法规介绍 5
2.2失效判定准则 5
第三章 CATIA三维模型的建立 6
3.1碰撞器三维模型的建立 6
3.2保险杠三维模型的建立 6
3.3仿真系统的建立 7
第四章 ANSYS碰撞仿真 8
4.1建立分析项目 8
4.2设置材料库 8
4.3导入几何体模型 9
4.4添加材料库 9
4.5创建交互作用 9
4.6划分网格 10
4.7设置边界条件 11
4.8设置初始与分析条件 11
4.9生成k文件 12
第五章 求解及查看结果 13
5.1调用LSDYNA求解器求解 13
5.2借用LSPrePost查看结果 14
第六章 轻量化保险杠研究 18
6.1轻量化的选择 18
6.2轻量化保险杠性能分析 18
第七章 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
汽车的诞生极大的方便了人们的出行，它方便了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
我们的出行但也给我们的生命安全带来了隐患，另外汽车的保有量在增加，速度在不断提高，这就不得不对安全性进行研究。如何在提高人类办事效率的同时，减少人类生命和财产安全方面的威胁，是一个值得我们思考的问题。目前我国的公路里程在不断加长，这不得不引起人们对汽车安全性的关注，总之汽车安全性必须考虑在内。通过研究保险杠的碰撞特性和碰撞吸能特性，可以研究如何提高汽车的碰撞安全性；辅助保险杠的模型设计；有助于制定碰撞的标准法规和车辆安全技术标准。另外当交通事故发生后，利用软件仿真，可以对事故的数据进行收集处理，必要时可以帮助判定事故的成因[2]。原则上，它也能够防止不必要的伤害再次发生。
另外，对于汽车生产企业或零配件企业来说，首先其制造的产品得达到市场所在国家或地区的法律规定，其次合格的产品在达到标准的同时，也要尽可能的降低成本或者提高性价比。轻量化对于任何制造企业来说，都对自身控制成本方面有重要意义，也增加了吸引消费者的筹码。
1.2国内外研究发展状况
汽车保险杠是汽车非常重要的安全防护装置,对于汽车的被动安全性具有极其重要的影响。我国目前对于汽车保险杠的研究主要集中CAE仿真分析这方面。上海交通大学对低速碰撞对人造成的伤害程度和保险杠耐撞性能进行了研究,创建了汽车保险杠低速碰撞的摆锤式实验设备和对应的信息收集体系,利用电脑模拟碰撞过程并分析,验证了实验的有效性和可行性,得出了结果并指出了减小实验误差的方法。吉林大学对某轿车碰撞试验进行了精确的仿真模拟,对有限元模型和仿真模型结果进行对比,利用快速精确仿真分析来验证对比结果的可靠性,汽车保险杠碰撞CAE仿真分析的精度得到了有效的提高。汽车对行人的保护也越来越受到有关部门的关注,有很多关于汽车对人体保护相关的研究和试验。
保险杠的研究主要包括耐撞性，轻量化和行人保护[3]等几个方面。耐撞性方面，创新型的保险杠一般都加装了内部吸能装置，通过实现充分吸能来保证人员安全，同时能够减少或避免车辆的损伤。研究方法上，运用计算机仿真技术有着无比的优越性[4]。保险杠改进方面主要在于对保险杠尺寸、横截面形状的改进[5]。轻量化方面，可以对尺寸结构进行改进，这种改进是一种思路上、源头上的优化；也可以运用新的技术和材料，借用新的方式加以改进。行人保护方面，对于与行人的接触部位采取偏软材料、碰撞的吸能，外部造型是未来研究的方向。安放的位置比如高度的选择等都是研究目标。
轻量化的研究可以对研究目标进行优化，比如结构方面；可以采用轻质材料。本文原则上采用铝合金轻质材料，但同时为达到符合标准的目的，将材料为低碳钢的横截面为B字型保险杠结构改变为横截面为日字型的铝合金保险杠。目前，轿车采用铝合金横梁的保险杠越来越多，因此也是本文研究铝合金保险杠的原因之一。各材料的性能如表11所示。
表11 材料性能对比[6]
材料名称
密度(kg/m^3)
弹性模量（MPa）
泊松比
结构钢
7850
200000
0.3
20号钢
7850
215000
0.28
某铝合金
2810
71000
0.35
低碳钢
7800
210000
0.3
目前汽车碰撞仿真的研究趋势主要为提高碰撞仿真的运算速度。这可以从以下三个方面考虑，一是发展新的人体模型模拟技术，使用最多的是多刚体系统动力学方法。除了采用联合使用人体的多刚体动力学模型与有限元模型的方法外，发展新的人体模型模拟技术是一个新的研究热点。二是寻求接触搜寻新方法，目前比较著名的有主从接触面算法、级域算法和一体化算法，这些算法都能有效的减少计算机仿真运算的时间。三是研究降价积分新技术。使用一点积分计算单元节点内力是提高仿真运算速度的一大法宝，但无法有效克服产生的沙漏现象。因此，提高单元节点内力计算速度和有效控制沙漏现象仍将是研究的重点。
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