14轮胎有限元模型处理对汽车碰撞仿真精度的影响研究.pdfVIP

The 3rd Int. Forum of Automotive Traffic Safety (INFATS), Shanghai, China, June 2004 Effect of Finite Element Modeling of Tire on Simulation Results of Vehicle Impact Shi Yuliang, Zhu Ping, Lin Zhongqin, Han Shanling School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030 Abstract: FEM plays a more and more important role in study of auto crashworthiness, while there is a higher and higher demand for simulation precision. This paper sets up FE model of the tire which is appropriate for impact simulation to enhance the credibility of FE simulation. The effects of the procession of tire model on the results of impact simulation are analyzed after correct modeling of auto-body. The results show that the simulation precision is enhanced consumedly at the cost of less excessive CPU time when using inflatable tire model instead of rigid tire in the course of frontal impact simulation. Keywords: tire; vehicle impact; precision; FEM 轮胎有限元模型处理对汽车碰撞仿真精度的影响研究 施欲亮，朱平，林忠钦，韩善灵 （上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200030 ） 摘 要：有限元方法在汽车耐撞性仿真研究中起着越来越大的作用，人们对于有限元仿真精 度的要求也愈来愈高。本文提出了适用于碰撞仿真的轮胎有限元建模方法，并在正确建立车 身有限元模型的基础上，分析了轮胎模型处理对于碰撞仿真精度的影响。结果发现，在汽车 前部碰撞仿真过程中，采用充气轮胎模型比刚性轮胎模型在多耗费少量 CPU 时间的情况下， 使得计算加速度更加接近实测加速度，大大地提高了仿真精度。 关键词：轮胎；汽车碰撞；精度；有限元方法 1 引言 由于汽车事故造成的巨大损失，世界各发达国家都对汽车碰撞安全性做出强制性要求，并 建立了各自的法规。伴随着人们对于汽车被动安全性能的越来越重视及各项法规的陆续颁布， 越来越多的科研人员投入到了汽车的耐撞性研究当中[1～5] 。在以往针对汽车前碰所建的整车有 限元模型中，一般都是把轮胎作为刚体处理，或者索性不考虑。其原因大致是因为：一是轮胎 本身不吸能，或相对于其他吸能部件吸能甚少，对整车碰撞影响不大；二是轮胎的力学性能极 为复杂，很难建立其有限元模型；三是考虑到计算效率，轮胎模型的详细建立必然多消耗 CPU 时间。然而，大量的实车碰撞试验表明，在前碰过程中，轮胎发生了剧烈的变形，严重的甚至 会对侵入乘员舱。它作为缓冲器件，对于碰撞过程中车辆的加速度变化产生了不小的影响，而 加速度是最重要的汽车耐撞性指标之一。为了更好地满足汽车碰撞仿真精度的要求，有必要建 立适合于汽车碰撞的合理的轮胎有限元模型。 本文建立了适用于汽车碰撞的轮胎有限元模型，并按照国家 CMVDR294 的要求，对某汽 车进行了计算机碰撞