102_黎志伟_HyperWorks在汽车与行人头部碰撞仿真中的应用.pdf

Altair 2010 HyperWorks 技术大会论文集 HyperWorks 在汽车与行人头部碰撞仿真中的应用 黎志伟 上海世科嘉车辆技术研发有限公司 摘 要:行人保护是汽车安全研究领域的重要问题之一。本文利用有限元方法和碰撞仿真技 术， 在 HyperWorks 软件平台上建立汽车与头部冲击器的有限元仿真模型，在此模型基础上 对汽车与头部碰撞过程进行仿真分析，计算出头部冲击器在各个碰撞点的头部伤害值 HIC。 关键词: 汽车，行人保护，碰撞，头部伤害值 HIC，HyperWorks 1 概述 交通事故伤害中，约 65%为易受伤害的道路使用者。行人作为道路使用者中的弱势群体， 属于交通事故中的高危人群，死亡率极高。车辆与行??碰撞事故中，人体的损伤部位可以覆 盖全身，行人头部和下肢损伤几率最大。研究表明，行人头部和下肢损伤在汽车与行人碰撞 造成的损伤中各占约 30％。 国外在行人保护方面做了大量的研究工作，并将研究成果最终体现在行人保护法规的制 定中。目前，欧盟国家、美国、澳大利亚、加拿大、日本、韩国和中国都已制定或正在制定 符合各国国情和交通状况的行人保护标准。各国行人保护法规的测试内容和评价标准略有不 同，但比较典型的行人保护试验方法均为汽车与行人碰撞安全性的部件冲击试验评价方法。 试验主要包括以下几个方面： 1） 腿部模块和保险杠的碰撞试验。试验主要测量膝关节弯曲角度、膝关节剪切变形和 小腿上部加速度等参数。 2） 大腿模块和发动机罩前缘的碰撞试验。试验主要测量碰撞力和弯矩。 3） 头部模块（包括成人头部和儿童头部）和发动机罩上表面的碰撞试验。试验主要测 量头部伤害值 HIC。 利用各模块冲击器与汽车进行碰撞试验，能够真实反映汽车的行人安全保护性能，但是 冲击器的制造和相关的试验需要很大的资金投入，而且每次碰撞试验后冲击器的某些部件需 要更换，不能重复使用，使研究费用进一步增多，通过建立冲击器的碰撞模型，并应用有限 元仿真技术，可以实现各模块冲击器与汽车碰撞过程的仿真。不仅可以对碰撞过程进行细致 的动态演示，还可以在新车开发阶段对整车的碰撞安全性能进行预测和改进优化。 本文结合 GTR 相关标准，以头部冲击器为模拟对象，利用前处理软件 HyperMesh 建立 冲击器和整车的有限元模型，用 LS-DYNA 求解器对碰撞过程进行计算，并通过后处理软件 HyperView 处理分析结果。 - 1 - Altair 2010 HyperWorks 技术大会论文集 2 有限元模型的建立 2.1 网格划分 成人头部与儿童头部冲击器的有限元模型及结构如图 1 与 2 所示。 图 1 成人头部有限元模型及结构示意图 图 2 儿童头部有限元模型及结构示意图 成人头部冲击器为铝制，均质结构，球形。直径为 165mm，质量为 4.5kg，球体用 14mm 厚的合成皮肤覆盖，覆盖面积至少为球体的一半。 儿童头部冲击器为铝制，均质结构，球形。直径为 165mm，质量为 3.5kg，球体用 14mm 厚的合成皮肤覆盖