HyperWorks軟件對汽車與行人腿部碰撞的仿真

  交通事故傷害中,約65%為易受傷害的道路使用者。車輛與行人碰撞事故中,人體的損傷部位可以覆蓋全身,行人頭部和下肢損傷幾率最大。研究表明,行人頭部和下肢損傷在汽車與行人碰撞造成的損傷中各占約30%。

  本文以小腿部沖擊器為模擬對象,利用HyperWorks的前處理軟件HyperMesh建立沖擊器和整車的有限元模型,對小腿與汽車碰撞過程進(jìn)行計算機(jī)模擬,并通過后處理軟件HyperView對仿真結(jié)果進(jìn)行分析,比較仿真模擬結(jié)果與試驗結(jié)果,驗證仿真模型及結(jié)果的可靠性。

  小腿部沖擊器及整車模型均在HyperWorks的前處理軟件HyperMesh中建立。HyperMesh是一個高性能的CAE和CFD前處理器,提供最廣泛的CAD、CAE和CFD軟件接口,可以與任何仿真環(huán)境無縫集成,尤其提供了與各種CAD數(shù)據(jù)格式的直接接口,避免為進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換而可能造成的數(shù)據(jù)丟失,在汽車、航天等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

  1. 網(wǎng)格劃分

  腿部沖擊器的有限元模型及結(jié)構(gòu)如圖1所示。腿部沖擊器由兩個外覆泡沫的剛性節(jié)組成,沖擊器總長為926mm,質(zhì)量為13.4kg,小腿非撞擊側(cè)安裝加速度傳感器,位置在膝部中心下66mm處。

圖1 腿部沖擊器有限元模型及結(jié)構(gòu)示意圖

為了提高運(yùn)算速度,考慮到汽車與行人碰撞過程中,行人腿部只會影響到汽車保險杠等前部結(jié)構(gòu),所以在建立的仿真模型中,只取汽車A柱之前的部分并進(jìn)行一定的簡化,如省略前車燈、霧燈等對碰撞結(jié)果影響較小的部件。單元網(wǎng)格尺寸約為8mm左右,最大網(wǎng)格尺寸不超過15mm,最小不小于5mm。其中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為221852,單元總數(shù)為214847,component共174個。單元翹曲度以及四邊形和三角形單元內(nèi)角的角度范圍都進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。整車中的螺栓連接采用RBE2模擬,涂膠方式采用具有膠黏劑材料特性的六面體單元來實現(xiàn),其他焊接采用bolt和cweld方式模擬。最終建立的用于行人保護(hù)分析的汽車有限元模型。

某車型行人保護(hù)有限元模型

2. 約束條件

  本文所采用的模型并不是整車模型,而是選取了A柱之前的部分,所以在懸置、A柱和門檻梁處施加一個全約束,約束六個自由度,如圖所示。這樣仿真既不失其真實性,又提高了運(yùn)算速度。

3. 碰撞條件

  本文按照GTR法規(guī)的沖擊測試要求進(jìn)行仿真分析,根據(jù)法規(guī)要求,定義腿部沖擊器的速度為40km/h,碰撞角度為0°。碰撞位置取汽車的牌照中心。仿真模型在LS-DYNA中進(jìn)行計算,計算時間為40ms。

4. 仿真結(jié)果分析

  本文利用HyperView軟件對仿真結(jié)果進(jìn)行后處理。HyperView是一個強(qiáng)大且全面的CAE仿真和試驗的后處理可視化環(huán)境,具有直觀的、高性能的圖形界面,能夠顯著降低工程分析的時間和成本。

  HyperView可以直接輸出法規(guī)所考察的參數(shù),即脛骨加速度、膝關(guān)節(jié)剪切位移和膝關(guān)節(jié)彎曲角度。通過比較,仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)具有較好的一致性,各參數(shù)之間的誤差分別為4.69%、9.91%、1.64%,如圖所示。以上分析結(jié)果表明,計算機(jī)仿真模擬能較好的反映腿部沖擊器與汽車的碰撞過程,能夠?qū)ν炔考跋リP(guān)節(jié)的損傷程度進(jìn)行正確預(yù)測。

  由以上分析結(jié)果可見,HyperWorks在汽車與行人腿部碰撞仿真分析中發(fā)揮了極大的作用。本文在其軟件支持下,應(yīng)用有限元法和計算機(jī)仿真模擬技術(shù),對腿部沖擊器與汽車的碰撞過程進(jìn)行模擬分析。其仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)有較好的一致性,為汽車與行人碰撞過程的研究提供了更有效更經(jīng)濟(jì)可行的方法。在新車開發(fā)設(shè)計階段,能夠正確預(yù)測整車的行人保護(hù)安全性能并為其性能優(yōu)化提供參考依據(jù)。

文章轉(zhuǎn)自:電子發(fā)燒友網(wǎng)