為了獲得輪椅車碰撞過(guò)程中準(zhǔn)確的加速度曲線,設(shè)計(jì)輪椅車碰撞試驗(yàn)機(jī)吸能裝置。在分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于輪椅車碰撞測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,采用模塊化設(shè)計(jì)了輪椅車碰撞試驗(yàn)機(jī)。重點(diǎn)敘述了試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)與采用ANSYS/LS-DYNA設(shè)計(jì)吸能裝置。該系統(tǒng)不僅能對(duì)輪椅車的系固系統(tǒng)和安全系統(tǒng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碰撞試驗(yàn)測(cè)試,而且提供了基于有限元分析方法進(jìn)行碰撞加速度曲線設(shè)計(jì),對(duì)國(guó)內(nèi)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)理念起到引領(lǐng)作用。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2020,49(05)

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

系統(tǒng)整體布置方式

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，碰撞試驗(yàn)所需的加速度/減速度的要求是，減速過(guò)程中減速度a>20g，時(shí)間>15 ms,a>15g，時(shí)間>40 ms，減速持續(xù)過(guò)程≥75 ms。仿真分析的目的在于為實(shí)車碰撞試驗(yàn)使用的圓柱殼規(guī)格參數(shù)、數(shù)量、布置形式等作一個(gè)初步判斷，仿真分析的結(jié)果可用于實(shí)車的實(shí)際初始布置方案，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證仿真分析的有效性。仿真過(guò)程第1步要定義單元類型及材料屬性，輪椅車碰撞試驗(yàn)是通過(guò)焊接到臺(tái)車上的鋼管塑性變形來(lái)吸能的，鋼管的材料為Q235。在ANSYS/LS-DYNA中將其定義為分段線性彈塑性材料(piece-wise linear)[1]。第2步要對(duì)被分析對(duì)象進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于剛體在仿真計(jì)算中不產(chǎn)生變形，故兩個(gè)剛體的網(wǎng)格劃分采用默認(rèn)體網(wǎng)格劃分映射網(wǎng)絡(luò)即可[2-3]。劃分殼單元網(wǎng)格時(shí)，手動(dòng)設(shè)置網(wǎng)格長(zhǎng)度尺寸為0.005，再通過(guò)面劃分映射網(wǎng)格。第3步要定義接觸面及約束，根據(jù)運(yùn)行特性將殼單元底部距離剛性平臺(tái)最近的節(jié)點(diǎn)建立成一個(gè)Component，再通過(guò)約束中的extra-node-set將其添加到剛體單元上后即可模擬出實(shí)際的連接效果[3-4]。第4步是加載與求解。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求剛性平臺(tái)碰撞前的速度為48 km/h，將碰撞平臺(tái)及輪椅車添加一個(gè)初速度即可。最后保存成K文件輸出到LS-DYNA Solver求解即可。設(shè)置完成后，運(yùn)行就可以得到結(jié)果。下面對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，由于篇幅有限，只列了85 ms終止時(shí)的應(yīng)力圖及整個(gè)過(guò)程的加速度變化圖，如圖2、圖3所示。從圖2可以看出，仿真結(jié)果幾乎可以滿足標(biāo)準(zhǔn)中的減速度要求，但是從仿真過(guò)程應(yīng)力圖可以看出，在減速的最后階段，吸能管壓縮變形嚴(yán)重，材料進(jìn)入破壞模式后，仿真效果不佳，特別是碰撞后期，結(jié)果存在著很大的不確定性，故改為4根吸能管，這樣每根管的吸能量減小，變形也會(huì)減小，仿真結(jié)果也更可靠。改變吸能管布局，增加1根長(zhǎng)300 mm的吸能管后，仿真試驗(yàn)其他參數(shù)不變，分析碰撞加速度波形的變化。圖4為增加1根管后碰撞減速結(jié)束狀態(tài)時(shí)的等效應(yīng)力圖。圖5為仿真加速度波形。

改變吸能管布局，增加1根長(zhǎng)300 mm的吸能管后，仿真試驗(yàn)其他參數(shù)不變，分析碰撞加速度波形的變化。圖4為增加1根管后碰撞減速結(jié)束狀態(tài)時(shí)的等效應(yīng)力圖。圖5為仿真加速度波形。圖4 4根吸能管時(shí)的碰撞結(jié)束時(shí)刻應(yīng)力圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于LS-DYNA的保險(xiǎn)杠耐撞性虛擬試驗(yàn)研究[J]. 夏磊,陳昆山.  車輛與動(dòng)力技術(shù). 2013(01)
[2]基于薄殼單元的薄膜結(jié)構(gòu)褶皺分析[J]. 張建,楊慶山,譚鋒.  工程力學(xué). 2010(08)
[3]汽車碰撞數(shù)值模擬中應(yīng)變率效應(yīng)問(wèn)題的討論[J]. 付銳,魏朗.  中國(guó)公路學(xué)報(bào). 1999(03)



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