某商用車前下部防護結構碰撞分析

王占國 陳彥廷 馮佩

摘 要：文章選取了一種典型的商用車前下部防護結構，通過對前下部防護法規解讀，根據其結構形式要求及實驗要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通過加載與某實際工況完全相同的變形力，以驗證前下部防護裝置結構的強度能否滿足實際工況需求，評價其設計的合理性，旨在提供一種前下部防護碰撞分析研究方法。

關鍵詞：前下部防護;有限元;結構尺寸;法規;實驗;工況

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-88-03

Abstract： In this paper， a typical commercial vehicle front underrun protection is selected. Through the interpretation of the regulation of underrun protection， according the requirement of the structure and experiment to set up the finite element analysis mode， By using Hyper Mesh， LS-DYNA， HyperView and other tools， By loading the same deformation force as an actual working condition to verify whether the strength of front underrun protection can meet the actual working conditions. Evaluate the rationality of its structural design， Aim to provide a method for collision analysis and research of front underrun protection structure.

Keywords： Front underrun protection; Finite element; Structure size; Regulation; Experiment; Working condition

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-88-03

前言

隨著道路交通的高速發展，在給我們日常生活帶來便利的同時，交通事故的發生也逐漸頻繁，尤其是商用車在發生交通事故時帶來的人員和車輛損失往往是不可估量的，因此對于商用車增加前下部防護顯得尤為重要，結構可靠的前下部防護具有一定變形吸能作用，在發生交通事故時不僅可以提供足夠的阻擋力，保護商用車車輛和人員的安全，還可以防止前方車輛鉆入商用車底部，從而在一定程度上減少前方車輛人員傷亡和車輛損失，具有非常重要的意義。

本文選取了一種典型的商用車前下部防護結構，通過對前下部防護法規解讀，根據其結構形式要求及實驗要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通過加載與某實際工況完全相同的變形力，以驗證前下部防護裝置結構的強度能否滿足實際工況需求，評價其設計的合理性，旨在提供一種前下部防護碰撞分析研究方法。

1 分析目標

選取商用車典型的前下部防護結構，校核其前下部防護裝置強度，以驗證前防護裝置結構的強度及可靠性，評價其設計結構的合理性。

2 法規解讀

2.1 結構尺寸要求

根據GB 26511-2011《商用車前下部防護要求》法規要求，前下部防護應對平行車輛縱軸的作用力具有足夠的阻擋力，也要滿足一些尺寸要求。

（1）對N2類車輛，橫梁的截面高度不小于100mm;對于N3 類車輛，橫梁的截面高度不小于120mm。

（2）橫梁兩端不應有彎向前方且或有尖銳的外側邊緣，端部圓角半徑不小于2.5mm。

（3）橫梁外表面應為光滑面，螺釘或鉚釘的頭部凸出該表面的高度不大于10mm。

（4）前下部防護的最大寬度不可超出兩側前輪翼子板的外側寬度。前下部防護任一端的最外緣與同側前車輪輪胎最外端面（不包括輪胎的變形量）的橫向水平距離不大于100mm（如圖1），或與駕駛室踏步板的最外側點的橫向水平距離不大于200mm。

2.2 結構尺寸要求

位于兩個P1點之外的前下部防護下邊緣的離地最大間隙可大于400mm，但應在平面M以下。平面M是過P1點正下方的前下部防護下邊緣上的點與水平面成15°的向上斜面。（如圖2）

2.3 試驗要求

試驗時應盡可能快地施加作用力，車輛或裝置應經受住至少0.2s的作用時間。

工況1：對P1點持續施加相當于車輛最大總質量的50%的水平載荷，水平載荷最大不超過80kN。

工況2：對P2點持續施加相當于車輛最大總質量的100%的水平載荷，水平載荷最大不超過160KN。

P1，P2點位置參看圖3。加載頭的加載面高度不大于250mm（確切的高度由制造商來指定），寬度不大于400mm。

試驗結果測量：在試驗過程中及試驗完畢后，前下部防護前端面的各測試點到車輛最前端的水平距離應不大于400mm。

對P2點施加相當于該車輛或所考慮車型最大質量100%的水平力，但不超過160KN，如果該裝置在梁P2點之間斷裂或凹入橫切面內，則在P3點施加一與P1點作用力要求相同的水平力。

3 分析基礎資料及方法

3.1 材料及其屬性

3.2 計算工具

前處理：Hyper Mesh

求解器：LS-DYNA

后處理：HyperView

4 工況分析

選取總質量為25t的車型，根據國家對前下部防護的具體試驗要求，通過以下工況對前下部防護裝置進行承載能力分析，考察結構及承載能力，為設計提供理論指導依據。

5 有限元模型建立

該前下部防護CAE仿真分析是基于Hyper Works工具的有限元分析，以殼單元仿真鈑金、四面體單元仿真鑄件。以Hyper Mesh 為前處理工具，求解器采用LS-DYNA，后處理工具采用HyperView。將前下部防護與車架相連，根據GB 26511-2011 標準，施加載荷。測試時應盡可能快地施加作用力，車輛或裝置應經受住至少0.2s 的作用時間。

6 分析結果

如圖5所示P1點加載，右側整體結構塑性應變0.089，前防撞橫梁材料失效應變0.08，最大塑性應變集中在擋板邊緣，滿足要求。

如圖6所示，P1點加載X向變形28mm<400mm，滿足要求。

如圖7所示P2點加載整體結構防護橫梁塑性應變0.31，超過材料的失效應變0.08，前防護橫梁壓潰，但不影響其結

構性能，滿足要求。

如圖8所示，P2點加載X向變形37mm<400mm，滿足要求。

7 結論

通過以上分析方法及步驟對此車型前防護裝置進行結構強度承載能力分析，結果表明此結構滿足法規要求。本文展示的碰撞分析方法為后期其他車型前下部防護結構設計校核提供了參考依據。

參考文獻

[1]《商用車前下部防護要求》GB 26511-2011.

[2] 李平飛.大型載貨汽車后下部防護裝置被動安全性及其試驗程序研究[J].輕型汽車技術，2008（4）：9-11.

[3] 鐘志華.汽車耐撞性分析的有限元法[J].汽車工程，1994，16（1） ：1-6.

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