基于LS-DYNA应用约束系统仿真技术研究

    0 引言

    在整车设计开发中，正面碰撞台车约束系统匹配开发阶段，主机厂、零部件供应商往往运用多刚 体动力学MADYM0软件进行约束系统开发。MADYM0 软件具备建模简单、计算高效等特点，但是往往依 据试验数据输入模型对标，进行下一步优化分析， 很大程度上不能得到真实的零部件力学特性。随着 汽车研发技术的发展，整车开发对仿真精度要求愈 来愈高，目前已经有多数主机厂和零部件供应商在 逐步探索运用有限元仿真方法进行约束系统开发， 本文主要基于DYNA应用进行正面碰撞台车试验工况模拟仿真，研究约束系统有限元仿真方法，为整车约束系统开发提供技术应用方法。

    1 台车试验有限元模型

    台车试验有限元模型包括以下七个零部件系统:车身、座椅、仪表板横梁、转向系统(包括转向管 柱、方向盘）、气囊、安全带系统（包括预紧器、卷轴 器、滑环单元）、假人等，如图1所示。通过关键字 *INCLUDE调用上述各个零部件系统文件组成台车 试验仿真模型。模型节点数量317431个，单元数量 299490个，其中一维单元数量3432个、壳单元数量285930个、实体单元数量9546个。

    图1 台车试验有限元模型

    1.1 车身

    为了兼顾计算效率及台车模型结构完整性要求，截取左右A柱及防火墙结构以及左侧B柱及四分之一地板结构，如图2所示。左右A柱结构保证IP横梁安装，便于模拟实际受力结构需要。B柱结构为了安全带上下固定点及卷轴器安装。四分之一地板前部结构用于座椅安装。车身网格尺寸10mmX10mm划分，最小网格尺寸控制在4mm，其中安全带固定点螺栓安装孔、车身座椅安装孔及IP横梁安 装孔采用washer处理，如图3所示。

    图2 车身结构

    图3 螺栓安装孔washer网格处理

    1.2 IP横梁

    IP横梁与车身左右A柱螺栓连接，下支撑板与中央通道螺栓连接，转向管柱通过安装板固定在IP 横梁上，如图4所示。在高速碰撞下，IP自身的结构 强度对于转向管柱的压溃及气囊与假人接触有着重要的影响。

    图4 IP横梁结构

    1.3 转向系统

    转向系统是由方向盘、转向器、转向轴、转向节 等基本部分组成，如图5所示。转向系统有两个万向节的连接，采用万向铰UNIVERSAL JOINT模拟。 转向管柱压溃采用弹簧discrete单元模拟，通过弹簧材料*MAT_SPRING_INELASTIC定义压溃力与压溃位移曲线，如图6所示。并且采用圆柱铰TRANSLATIONAL JOINT定义管柱运动副。方向盘饰盖撕裂线采用 *CONSTRAINED_SPOTWELD_ID 定义。应用法向力、剪切力失效理论定义饰盖撕裂。