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汽车碰撞安全性的限元分析研究现状及趋势 摘要: 汽车碰撞安全性研究已成为汽车安全研究领城的重要内容, 运用有限元软件对车辆进行合理的简化及建模,阐述了有限元分析方法在汽车碰撞安全性运用的特点及研究现状和发展趋势 关键词: 汽车; 碰撞: 安全性: 有限元 0 引言有限元方法FEA ( F i n i t e E l e me n t An a i y s i s ) 进行计算机科学技术的发展, 汽车己经成为人们生活中必不可少的模拟计算是一种行之有效的方法。 1 整车正碰中计算机模拟仿真技术研究的意义 ??? 交通安全是一个世界性的难题，据统计，每年因为车祸有70多万人死亡，1000多万人受伤。汽车安全性分为主动安全性和被动安全性，前者是指汽车防止发生事故的能力；后者是指当事故发生时汽车本身对乘员及行人提供保护的能力。调查的结果表明，汽车的主动性能再好，也只能避免很少量的事故，汽车的被动安全性实际上主宰着汽车的安全性能。 ??? 随着我国汽车保有量的不断增加，交通事故呈上升趋势，如图1所示，而汽车的正碰是发生概率最多的一种，且对车内司乘人员生命财产安全最具危害性。随着我国正碰安全法规的颁布实施，汽车的被动安全性问题是汽车研究和设计人员必须面对的新课题，所开发车型的耐撞性能最终要通过实车碰撞试验来检验。但是此类的试验对车辆进行的是破坏性试验，为了检验一项设计目标往往需要反复的碰撞试验，试验费用相当昂贵，因此，通过CAE模拟仿真计算来指导和部分取代试验工作，成为汽车被动安全性研究的一种必然趋势。通过模拟仿真计算，可以在汽车设计和改进的过程中经济有效的提供一些基本规律和指导方向，减少试验次数，避免大量尝试性工作，这样既能减少研发成本，也能缩短开发周期。 2 有限元分析汽车碰撞安全性的特点 经过几十年的发展, 大变形非线性有限元方法在理论上已比较成熟, 目前的相关商业软件包的功能已经相当强大。输出功能的软件: CAT IA 、uG 、Pro / E 、s T EP 、IGE s 等, 强大的分析软件: P AMC，s H、L s- DY NA 3D 等。而随着计算机硬件的发展, 计算机的运算能力也 大为提高, 这一切都意味着用计算机模拟手段解决碰撞安全 性问题已经比较方便。 ( l) 经过几十年的发展, 大变形非线性有限元方法在 理论上已比较成熟, 目前的相关商业软件包的功能已经相当 强大, 而随着计算机硬件的发展, 计算机的运算能力也大为 提高, 这一切都意味着用计算机模拟手段解决碰撞安全性问 题已经比较方便。 ( 2 ) 有限元方法能够得到丰富的信息和数据, 这是实车 试验当中无法做到或很难做到的一点, 这些数据在设计改进 过程中将起到非常重要和决定性的作用。 ( 3 ) 有限元法毕竟是一种验算方法, 在确定设计改进方 案时起决定作用的还是理论分析手段, 根据理论分析结果, 确定参数选取原则, 然后再用计算机模拟来演算。 ( 4 ) 计算机虚拟试验技术不能代替实物试验, 计算机模 型需要用实际试验数据来检验, 在建模过程中还需要根据实 际试验结果进行设置与调整。 3 有限元方法分析汽车碰撞安全性的研究现状 3 .1 国内的研究状况 1992 年我校宗子安教授将D丫NA3 D 引进我国, 并利用该程序进行了假人碰撞试验的有限元分析等研究。钟志华校长提出汽车碰撞分析的有限元法, 还用DYN A3 D软件对驾驶员与安全带构造了碰撞模拟模型。吉林工业大学和长春汽车研究所合作在sG I 图形工作站上建立了国内第一个比较完善的整车碰撞分析模拟, 并通过可视化技术得到了车身结构碰撞变形完整过程的模拟结果。总的说来, 国内在汽车碰撞安全性这一领域的研究起步较晚, 所做的基础研究工作还相当有限, 直到目前, 也还受到计算机软件、硬件试验条件以及资金投入的限制。因此,仿真计算中车辆碰撞模型的建立、仿真计算参数的选择以及仿真方法的研究等方面的工作有待进一步深人, 并且仿真计算的精度及其实用性也有待于提高。 3. 2 国外的研究状况 国外对汽车碰撞分析的研究比较早, 较早开展汽车碰撞分析研究的是美国。早期汽车碰撞研究主要是进行各种条件下的碰撞试验, 包括实车碰撞试验和模拟碰撞试验。90 年代以后发展了基于碰撞有限元理论的计算机仿真技术, 目前国外在这一领域的相关研究大多采用这一技术,。 目前, 对汽车碰撞安全性的仿真研究涉及面相当广泛,如车体结构、碰撞保护措施、人体生物力学等, 具体的求解计算内容大致包括两个方面: 1 用有限元方法计算汽车碰撞过程中车身、车架等的变形及动态响应; o 用有限元方法或多刚体动力学法计算人体( 即车内乘员) 在各种碰撞条件下的响应。与这些研究相关的最基本也是最复杂的工作是建立能真实反映实际碰撞状况的数学模型, 这