基于 HyperMesh 的輕型卡車駕駛室乘員保護建模仿真

2016-11-04 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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》法規要求,運用 Altair 公司的HyperMesh 工具建立有限元模型,對某型新開發的輕型卡車的駕駛室乘員保護性能進行模擬評估,找出三項碰撞測試試驗的關鍵影響因素,為輕型卡車的駕駛室乘員保護開發提供設計指導。

關鍵詞:輕型卡車乘員保護 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,而國內卡車駕駛室大多數是平頭結構,車頭侵入更具有威脅, 在發生事故時乘員的傷亡率非常大。各國對卡車駕駛室的乘員保護分別制定了相應法規,主要有歐洲經濟委員會 ECE R29[1]、瑞典國家法規 VVFS 2003:29、美國工程師協會標準 SAE J2420、SAE J2422。國內專家也已開展了相關研究[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》國家標準,2012 年 1 月 1 日起正式實施。

2 法規概述

GB 26512 法規適用于 N 類車輛,法規規定了考察商用車駕駛室安全的三項試驗:

1)正面撞擊試驗(試驗 A)。法規要求平頭駕駛室應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,并且應存在足夠的生存空間。對于最大設計總質量不大于 7000kg 的車輛,擺錘的撞擊能量要求為 29.4kJ;對于最大設計總質量大于 7000kg 的車輛,撞擊能量要求為44.1kJ。

2)頂部強度試驗(試驗 B)。駕駛室頂部應能承受相當于車輛前部的一個軸或多個軸的最大軸荷的靜載荷,最大為 98kN。此靜載荷應通過形狀合適的剛體部件均勻的施加在駕駛室頂部構架的所有支撐件上。法規要求在試驗完成后駕駛室與車架保持連接,并且應存在足夠的生存空間。

3)后圍強度試驗(試驗 C)。駕駛室后圍應能承受最大允許裝載質量每 1000kg 施加 1.96kN 的靜載荷。此靜載荷應通過置于車架上的不小于整個后圍的剛性壁障施加在至少車架以上的駕駛室后圍上。法規要求在試驗完成后駕駛室與車架保持連接,并且應存在足夠的生存空間。

3 有限元模型的建立

某型輕型卡車開發過程中,針對 GB 26512 的要求,應用 Altair 公司的 HyperMesh 軟件建立了對應法規要求的有限元模型,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、動力總成、轉向系統、冷卻系統等總成)。車身材料以 DC03 為主,車架材料為 B510L。根據實驗條件對模型中車架第一橫梁左右端和車架縱梁最后端節點進行了約束。

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3.1 正面撞擊試驗模擬

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如圖 2 所示正面撞擊模型,質量為 1500kg 的剛性擺錘撞擊駕駛室前部,考察駕駛室前端強度。車型的設計滿載質量為 6000kg,參照法規要求撞擊能量應為 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到 29.4kJ。用 HyperView 導入駕駛室受撞擊變形動畫結果(圖 3、圖 4)。擺錘撞擊后,駕駛室變形較小,前翻轉機構支撐臂及翻轉支座發生了局部變形,連接螺栓沒有發生斷裂,駕駛室后懸置支架向后發生了較大位移變形,但沒有發生斷裂,保證了駕駛室與車架的連接,滿足法規要求(圖 4)。

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運用 HyperMesh 參照法規規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 點與座椅中間位置R點重合,適當調整假人大腿、小腿和腳部。考察結果表明,駕駛員及副駕駛假人腿部、腳部都不與駕駛室其它結構接觸,證明該駕駛室完全滿足法規規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》中正面撞擊試驗的要求。

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3.2 頂部強度試驗(試驗 B)

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在駕駛室頂部設置一個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能力(圖 6)。

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根據法規要求,駕駛室頂部應能承受相當于車輛前部的一個軸或多個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到該力值時,考察駕駛室乘員生存空間,結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,滿足法規要求(圖 7)。

3.3 后圍強度試驗(試驗 C)

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本車型最大裝載質量為 3600kg,參照法規要求后圍應能承受 7.1kN 的力。運用 HyperMesh 創建
的模型,駕駛室后圍設置一個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能力,如圖 8 示。

在剛性平面反作用力達到 7.1kN 時,駕駛室后圍尚未發生明顯的侵入變形,證明假人生存空間完全滿足法規的后圍強度試驗要求。

4結論

本文應用 HyperMesh 軟件高效的建立了某型輕型卡車駕駛室乘員保護分析模型及乘員空間評價假人,并對該駕駛室乘員保護性能進行了充分的模擬評估,最后以 HyperView 導入計算結果顯示,通過結果可知該車型完全滿足《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護》法規的要求。

5參考文獻

[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:合肥工業大學,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和仿真.中國機械工程[J],2005,23.