[发明专利]确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量的方法

说明书

技术领域

本发明属汽车保险杠安全可靠性技术领域，具体涉及一种确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量的方法。

背景技术

随着社会经济的发展，汽车的保有量不断增加，由汽车引发的交通事故频频发生，不仅造成了巨大的经济财产损失，而且危害了人们的生命安全。在这些交通事故中，汽车的正面碰撞事故占66.9％，其中车速小于15km/h时所发生的低速碰撞是最常见的形式。在汽车低速碰撞过程中，汽车保险杠通过自身变形来吸收低速碰撞产生的能量，以此来减轻碰撞事故中对汽车车身上其它部件的损坏，以及保护和避免汽车乘员的伤亡，是汽车低速碰撞中的主要安全部件。

目前确定汽车低速碰撞保险杠最大变形的方法，主要是试验法和有限元数值模拟方法。试验法是汽车碰撞安全研究中应用最早的方法，通过碰撞试验直接得到汽车保险杠在真实碰撞环境下的最大变形结果。试验法具有直接，有效的优点，但由于碰撞试验是一种破坏性试验，所需费用昂贵，试验周期也较长。近些年随着数值模拟方法的发展，有限元数值模拟方法成为确定汽车低速碰撞保险杠最大变形的首要手段，但是，汽车碰撞是一个大变形、大转动的几何非线性动力学问题，有限元数值模拟方法在进行复杂的非线性动力学问题计算时需要花费很长的建模和计算时间。所以试验法和有限元数值模拟方法都较为费时费力，经济性不佳，因此，具有一种可以快速对汽车低速碰撞过程中保险杠动力响应的各个影响因素进行分析，能够省时、有效、准确、可靠地确定出汽车低速碰撞保险杠最大变形量的方法是十分必要的。

发明内容

为了克服试验法和有限元数值模拟方法确定汽车低速碰撞保险杠最大变形量的不便，本发明的目的是提供一种确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量的方法；该方法是一种角速度极限法，通过理论分析和数值计算，采用刚塑性理论模型与有限差分计算相结合的方法，最终确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量的方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量的方法，具体实施步骤如下：

1)建立汽车保险杠横梁低速碰撞的力学模型；

2)对汽车保险杠横梁低速碰撞的力学模型进行分析，确定摆锤、刚塑性横梁和车身质量块的速度分布；

3)确定汽车保险杠塑性铰接处的轴力和弯矩；

4)建立汽车保险杠横梁低速碰撞的动力学方程；

5)采用有限差分法求解动力学方程，最后确定汽车低速碰撞保险杠横梁最大变形量。

所述步骤1)的具体步骤为：

a)将摆锤表示为一个二维平面上具有实际摆锤外形的刚体；

b)将汽车保险杠表示为一个一维刚塑性横梁；

c)将汽车车身表示为两个质量块，铰接在保险杠刚塑性横梁两侧；

d)汽车车身质量块受两端支撑约束。

所述步骤3)的具体步骤为：

a)利用达朗贝尔原理对摆锤、刚塑性横梁和车身质量块的受力情况进行分析；

b)采用拉伸弯曲共同作用的塑性准则确定塑性铰接处轴力和弯矩的关系式；

c)根据梁结构的广义塑性增量流动法则确定塑性铰接处轴向拉伸应变、转角和轴力之间的关系；

d)确定汽车保险杠塑性铰接处的轴力和弯矩。

所述步骤4)的具体步骤为：

a)根据碰撞过程中系统只受轴向约束，建立汽车保险杠刚塑性横梁的动量方程；

b)建立汽车保险杠刚塑性横梁的动量矩方程；

c)确定汽车保险杠横梁低速碰撞的动力学方程，如下式所示：