搜索基于 HyperMesh 的輕型卡車駕駛室乘員保護(hù)建模仿真
2016-11-04 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
基于 HyperMesh 的輕型卡車駕駛室乘員保護(hù)建模仿真
Simulation on the Protection of the Occupants of the Cab of a Light Truck Based on HyperMesh
張志鵬 趙森 魏敏 馮虎印
(長安汽車北京研究院 北京 100195)
摘 要:參照新頒布的《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護(hù)》法規(guī)要求,運(yùn)用 Altair 公司的HyperMesh 工具建立有限元模型,對某型新開發(fā)的輕型卡車的駕駛室乘員保護(hù)性能進(jìn)行模擬評估,找出三項(xiàng)碰撞測試試驗(yàn)的關(guān)鍵影響因素,為輕型卡車的駕駛室乘員保護(hù)開發(fā)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:輕型卡車 乘員保護(hù) HyperMesh HyperView
Abstract : According to national regulations concerning commercial vehicle cab strength test requirements, a finite element model of a developing light truck is established with HyperMesh. Key influence factors are found based on three tests in the regulation.
Key words: Light truck Occupants protection HyperMesh HyperView
1 引言
卡車的追尾、翻滾事故層出不窮,而國內(nèi)卡車駕駛室大多數(shù)是平頭結(jié)構(gòu),車頭侵入更具有威脅, 在發(fā)生事故時(shí)乘員的傷亡率非常大。各國對卡車駕駛室的乘員保護(hù)分別制定了相應(yīng)法規(guī),主要有歐洲 經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ECE R29[1]、瑞典國家法規(guī) VVFS 2003:29、美國工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) SAE J2420、SAE J2422。國內(nèi)專家也已開展了相關(guān)研究[2][3]。我國于 2011 年正式頒布了《GB 26512-2011 商用車駕 駛室乘員保護(hù)》國家標(biāo)準(zhǔn),2012 年 1 月 1 日起正式實(shí)施。
2 法規(guī)概述
GB 26512 法規(guī)適用于 N 類車輛,法規(guī)規(guī)定了考察商用車駕駛室安全的三項(xiàng)試驗(yàn):
1)正面撞擊試驗(yàn)(試驗(yàn) A)。法規(guī)要求平頭駕駛室應(yīng)能承受剛性擺錘作用在前端的撞擊,撞擊 完成后要求駕駛室與車架保持連接,并且應(yīng)存在足夠的生存空間。對于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于 7000kg 的車輛,擺錘的撞擊能量要求為 29.4kJ;對于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于 7000kg 的車輛,撞擊能量要求為44.1kJ。
2)頂部強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn) B)。駕駛室頂部應(yīng)能承受相當(dāng)于車輛前部的一個(gè)軸或多個(gè)軸的最大軸 荷的靜載荷,最大為 98kN。此靜載荷應(yīng)通過形狀合適的剛體部件均勻的施加在駕駛室頂部構(gòu)架的所 有支撐件上。法規(guī)要求在試驗(yàn)完成后駕駛室與車架保持連接,并且應(yīng)存在足夠的生存空間。
3)后圍強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn) C)。 駕駛室后圍應(yīng)能承受最大允許裝載質(zhì)量每 1000kg 施加 1.96kN 的靜載荷。此靜載荷應(yīng)通過置于車架上的不小于整個(gè)后圍的剛性壁障施加在至少車架以上的駕駛室后 圍上。法規(guī)要求在試驗(yàn)完成后駕駛室與車架保持連接,并且應(yīng)存在足夠的生存空間。
3 有限元模型的建立
某型輕型卡車開發(fā)過程中,針對 GB 26512 的要求,應(yīng)用 Altair 公司的 HyperMesh 軟件建立了對應(yīng)法規(guī)要求的有限元模型,如圖 1。分析模型中包含了駕駛室整體、駕駛室懸置、車架前段(在駕 駛室后圍之前的部分、動(dòng)力總成、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等總成)。車身材料以 DC03 為主,車架材料 為 B510L。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件對模型中車架第一橫梁左右端和車架縱梁最后端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了約束。
3.1 正面撞擊試驗(yàn)?zāi)M
如圖 2 所示正面撞擊模型,質(zhì)量為 1500kg 的剛性擺錘撞擊駕駛室前部,考察駕駛室前端強(qiáng)度。 車型的設(shè)計(jì)滿載質(zhì)量為 6000kg,參照法規(guī)要求撞擊能量應(yīng)為 29.4kJ。模型中將擺錘擺放到懸垂 位置,施加初始角速度 1.8rad/s,使得擺錘初始撞擊能量達(dá)到 29.4kJ。用 HyperView 導(dǎo)入駕駛室受撞擊變形動(dòng)畫結(jié)果(圖 3、圖 4)。 擺錘撞擊后,駕駛室變形較小,前翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支撐臂及翻轉(zhuǎn)支座發(fā)生了局部變形,連接螺栓沒有發(fā)生斷裂,駕駛室后懸置支架向后發(fā)生了較大位移變形,但沒有發(fā)生斷裂,保證了駕駛室與車架的連接,滿足法規(guī)要求(圖 4)。
運(yùn)用 HyperMesh 參照法規(guī)規(guī)定建立形體假人模型,將該假人模型放入變形后的駕駛室中,假人 的H 點(diǎn)與座椅中間位置R點(diǎn)重合,適當(dāng)調(diào)整假人大腿、小腿和腳部。考察結(jié)果表明,駕駛員及副 駕駛假人腿部、腳部都不與駕駛室其它結(jié)構(gòu)接觸,證明該駕駛室完全滿足法規(guī)規(guī)定的乘員生存空間的 要求(圖 5)。
本車型駕駛室完全滿足《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護(hù)》中正面撞擊試驗(yàn)的要求。
3.2 頂部強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn) B)
在駕駛室頂部設(shè)置一個(gè)能覆蓋頂部面積的剛性平面,該剛性平面以均勻低速垂直下壓駕駛室頂 部,通過考察反作用力來考察對乘員的保護(hù)能力(圖 6)。
根據(jù)法規(guī)要求,駕駛室頂部應(yīng)能承受相當(dāng)于車輛前部的一個(gè)軸或多個(gè)軸的最大軸荷的靜載荷,本車型為 26kN 的軸荷力值。剛性平面反作用力達(dá)到該力值時(shí),考察駕駛室乘員生存空間,結(jié)果表明駕 駛員頭部距離駕駛室頂棚尚有143mm 距離,生存空間充裕,滿足法規(guī)要求(圖 7)。
3.3 后圍強(qiáng)度試驗(yàn)(試驗(yàn) C)
本車型最大裝載質(zhì)量為 3600kg,參照法規(guī)要求后圍應(yīng)能承受 7.1kN 的力。運(yùn)用 HyperMesh 創(chuàng)建
的模型,駕駛室后圍設(shè)置一個(gè)能覆蓋后圍面積的垂直于 X 軸的剛性平面,該剛性平面以均勻低速垂直 前壓駕駛室后圍,通過考察反作用力來考察后圍對乘員的保護(hù)能力,如圖 8 示。
在剛性平面反作用力達(dá)到 7.1kN 時(shí),駕駛室后圍尚未發(fā)生明顯的侵入變形,證明假人生存空間完 全滿足法規(guī)的后圍強(qiáng)度試驗(yàn)要求。
4結(jié)論
本文應(yīng)用 HyperMesh 軟件高效的建立了某型輕型卡車駕駛室乘員保護(hù)分析模型及乘員空間評價(jià) 假人,并對該駕駛室乘員保護(hù)性能進(jìn)行了充分的模擬評估,最后以 HyperView 導(dǎo)入計(jì)算結(jié)果顯示,通 過結(jié)果可知該車型完全滿足《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護(hù)》法規(guī)的要求。
5參考文獻(xiàn)
[1] ECE Regulation No.29:Uniform Provisions Concerning The Approval Of Vehicles With Regard
To The Protection Of The Occupants Of The Cab Of A Commercial Vehicle. October,1993. [2] 董金富. 平頭輕型卡車駕駛室碰撞安全性仿真[D]. 合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2008.
[3] 李三紅,郭孔輝,趙幼平,郭有利. 商用車擺錘正面撞擊試驗(yàn)和仿真.中國機(jī)械工程[J],2005,23.
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