摘 要

本文应用HyperMesh和Ls-Dyna等软件对厚度沿轴向按幂指数分布的前纵梁进行碰撞仿真。分析其变形模式并且得出该前纵梁压溃吸能特性指标，即总吸能量EA、比吸能SEA、平均碰撞力、碰撞力峰值和碰撞力效率CFE。分析影响变厚度前纵梁压溃性能有限元仿真的因素，比较不同的网格划分方式和不同厚度分布形式对仿真结果的影响。

研究表明：变厚度前纵梁在发生100%正面碰撞时，首先发生轴向压溃，之后弯曲变形占主导，吸能效果变差。网格划分方式对计算时间，变形模式都有很大的影响。厚度分布方式对吸能效果有决定性的作用，可以通过设置合理的厚度分布方式实现最合理的吸能模式。

本文的特色：提出变厚度薄壁结构在前纵梁上的应用，用有限元仿真法对其进行碰撞仿真，而且研究了影响变厚度前纵梁压溃性能有限元仿真的因素。

关键字：变厚度；梯度结构；前纵梁；压溃性能

Abstract

In this paper, finite element softwares such as HyperMesh and Ls-Dyna are used to simulate the crashing phenomenon of front rail, whose thickness is distributed along the axial. The deformation mode is analyzed and the energy absorption characteristics of the front rail are obtained, namely Energy Absorption, specific energy absorption, average impact force, impact force peak and cocruah force efficiency. The factors influencing the simulation of the performance of the front rail are also analyzed. The influence of different modeling methods and different thickness distribution are studied.

The results show that the axial crushing occurs first in the event of 100% front crash, and then the bending deformation is dominant and the energy absorption effect is worse. Grid division has great influence on the calculation time and the accuracy of the calculation. Thickness distribution plays another important role in the simulation. A specific thickness distribution can be set to achieve the most reasonable energy absorption mode.

The characteristics of this paper are as follows: the application of graded thickness thin-walled structure on the front rail is proposed, and the simulation is carried out by finite element simulation. The finite element simulation of the thickness of the front beam is also studied.

Keywords:variable thickness;graded structure;front rail;crushing behaviour

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的与主要内容 2

1.1.3 研究意义 3

1.2 薄壁结构国内外研究现状 3

1.3碰撞法规 4

1.3.1各国碰撞法规概述 4

1.3.2 新车评价计划NCAP 5

1.3.3正面碰撞耐撞性设计要求 6

1.4汽车碰撞研究方法 7

1.4.1试验法 7

1.4.2数值分析法 8

1.5 相关软件概述 8

1.5.1 HyperWorks 8

1.5.2 Ls-Dyna 9

1.6 本章小结 10

第2章 前纵梁概述与其吸能原理 11

2.1 汽车前纵梁概述 11

2.1.1 前纵梁的结构及特点 11

2.1.2 功能及设计要求 12

2.2 薄壁结构概述 12

2.2.1 激光拼焊板结构 12

2.2.2 连续变厚度结构 13

2.3 薄壁结构前纵梁吸能原理 14

2.3.1 超级折叠单元SE 14

2.3.2 变形机制 14

2.3.3 压溃变形模式 15

2.4 吸能特性评价指标 16

2.4.1 总吸能量EA 16

2.4.2 比吸能SEA 17

2.4.3 平均碰撞力 17

2.4.4 碰撞力峰值 17

2.4.5 碰撞力效率CFE 17

2.5本章小结 18

第3章 连续变厚度前纵梁有限元建模 19

3.1 厚度分布形式 19

3.2 前纵梁建模 19

3.2.1 模型 19

3.2.2 基本参数 19

3.2.3 单元选取 20

3.2.4 属性及材料性质 21

3.3 刚性墙 23

3.4 网格划分 23

3.5 部件划分 24

3.6 本章小结 25

第4章 连续变厚度前纵梁碰撞仿真 26

4.1 接触及约束定义 26

4.1.1 定义接触 26

4.1.2 约束 26

4.2 控制卡片 27

4.2.1 能量耗散控制 27

4.2.2 沙漏控制 27

4.2.3 单元控制 28

4.2.4 时间步长控制 28

4.2.5 计算终止时间设置 29

4.2.6 完全输出控制 29

4.2.7 指定输出文件 29

4.3 计算结果 29

4.4 结果分析 30

4.4.1 能量变化 30

4.4.2 变形过程 31

4.4.3 应力 33

4.4.4 碰撞力 33

4.5 本章小结 34

第5章 影响变厚度前纵梁有限元仿真结果的因素 35

5.1 有限元仿真基本思想 35

5.2 厚度分布形式 35

5.2.1 梯度指数n 35

5.2.3 碰撞力 39

5.2.4 变形与应力 40

5.2.5 结论 42

5.3 网格划分形式 42

5.3.1 网格划分基本思想 42

5.3.2 网格划分对求解精度的影响 43

5.3.3 计算时长 44

5.3.4 能量变化 44

5.3.5 变形模式 46

5.3.6 碰撞力 48

5.3.7 总结 49

5.4 本章小结 49

第6章 结论与展望 50

6.1 结论 50

6.2 展望 51

参考文献 53

致谢 56