隨著汽車研發(fā)技術(shù)的發(fā)展，整車開發(fā)對仿真精度要求愈 來愈高，目前已經(jīng)有多數(shù)主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商在 逐步探索運(yùn)用有限元仿真方法進(jìn)行約束系統(tǒng)開發(fā)，本文主要基于DYNA應(yīng)用進(jìn)行正面碰撞臺車試驗(yàn)工況模擬仿真，研究約束系統(tǒng)有限元仿真方法，為整車約束系統(tǒng)開發(fā)提供技術(shù)應(yīng)用方法。

臺車試驗(yàn)有限元模型包括以下七個零部件系統(tǒng):車身、座椅、儀表板橫梁、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(包括轉(zhuǎn)向管 柱、方向盤）、氣囊、安全帶系統(tǒng)（包括預(yù)緊器、卷軸 器、滑環(huán)單元）、假人等。通過關(guān)鍵字 *INCLUDE調(diào)用上述各個零部件系統(tǒng)文件組成臺車 試驗(yàn)仿真模型。模型節(jié)點(diǎn)數(shù)量317431個，單元數(shù)量 299490個，其中一維單元數(shù)量3432個、殼單元數(shù)量285930個、實(shí)體單元數(shù)量9546個。

為了兼顧計算效率及臺車模型結(jié)構(gòu)完整性要求，截取左右A柱及防火墻結(jié)構(gòu)以及左側(cè)B柱及四分之一地板結(jié)構(gòu)。左右A柱結(jié)構(gòu)保證IP橫梁安裝，便于模擬實(shí)際受力結(jié)構(gòu)需要。B柱結(jié)構(gòu)為了安全帶上下固定點(diǎn)及卷軸器安裝。四分之一地板前部結(jié)構(gòu)用于座椅安裝。車身網(wǎng)格尺寸10mmX10mm劃分，最小網(wǎng)格尺寸控制在4mm，其中安全帶固定點(diǎn)螺栓安裝孔、車身座椅安裝孔及IP橫梁安 裝孔采用washer處理。

IP橫梁與車身左右A柱螺栓連接，下支撐板與中央通道螺栓連接，轉(zhuǎn)向管柱通過安裝板固定在IP 橫梁上。在高速碰撞下，IP自身的結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度對于轉(zhuǎn)向管柱的壓潰及氣囊與假人接觸有著重要的影響。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向節(jié) 等基本部分組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有兩個萬向節(jié)的連接，采用萬向鉸UNIVERSAL JOINT模擬。 轉(zhuǎn)向管柱壓潰采用彈簧discrete單元模擬，通過彈簧材料*MAT_SPRING_INELASTIC定義壓潰力與壓潰位移曲線。并且采用圓柱鉸TRANSLATIONAL JOINT定義管柱運(yùn)動副。方向盤飾蓋撕裂線采用 *CONSTRAINED_SPOTWELD_ID 定義。應(yīng)用法向力、剪切力失效理論定義飾蓋撕裂。

其中法向力Sn=50Mpa，剪切力Ss=50Mpa，法向 力系數(shù)n=2，到切力系m=2。

汽車座椅建模主要分為座椅骨架、滑軌、泡沫等部分，刪除座椅靠背及頭枕泡沬。其中座椅骨架、滑軌等殼單元網(wǎng)格，坐墊及靠背彈簧beam單元處理，坐墊泡沫以8節(jié)點(diǎn)六面體單元為 主，盡量避免4面體單元?？紤]到假人對座椅泡沬下壓，按照設(shè)計R點(diǎn)對假人進(jìn)行定位，確定坐墊泡沬下陷狀態(tài)，用HYPERMESH軟件里MORPH功能對坐 墊泡沬實(shí)體網(wǎng)格進(jìn)行下陷處理，避免單元畸變，或者用PR頂ER軟件中SEATSQUASH功能進(jìn)行泡沫下壓。坐墊泡沫材料*MAT_L0W_DENSI- TY?F0AM加以定義。

安全帶采用一維線單元及殼單元模擬。其中一維線單元*MAT_SEATBELT定義加載和卸載曲線，與假人軀干部位接觸的安全帶殼單元賦予織帶材料*MAT_FABRIC類型定義。PRETENSIONER單元定義預(yù)緊器特性，*ELEMENT_SEATBELT_PRE- TENSIONER卡片設(shè)置定義觸發(fā)傳感器、卷軸器回收 及預(yù)緊特性曲線。預(yù)緊特性曲線。RETRACTOR單元定義卷軸器特性，*ELEMENT_SEAT_ BELT_RETRACTOR卡片定義傳感器觸發(fā)、卷軸器拉出 力與位移曲線。并且定義屬于卷軸器內(nèi)的SEATBELT單元類型卡片格式*ELEMENT_SEATBELT必須要指定RETRACTOR單元，否則無法計算。卷軸器拉出力 與位移曲線。滑環(huán)SLIPRING單元模擬DYNA關(guān)鍵字卡片：*ELEMENT_SEATBELT_SLIPRING，與安全帶單元節(jié)點(diǎn)COINCIDENT重合，并且分別關(guān)聯(lián)兩端滑入及滑出的SEATBELT單元ID。

多種軟件可以進(jìn)行氣囊折疊，例如PRIMER、LS_PREPOST、VPG等，前碰氣囊折疊模型。氣囊織物材料定義*MAT_FABRIC。氣囊采用*AIRBAG_HYBIRD_JEITING定義氣體發(fā)生器質(zhì)量流曲線、溫度曲線、泄氣孔泄氣特性曲線、氣囊織物泄氣特性曲線及氣體充氣噴射角度等，亦可采用 *AIRBAG_WANG_NEFSKE關(guān)鍵字定義氣囊展開特性，則需賦予CV、CP參數(shù)。*AIRBAG_REFERENCE_GEOME- TRY定義氣囊正常展開方式。氣囊展開時刻可以采 用*CONSTRAINED_NODE_SET定義時間失效形式，或者氣囊未展開之前轉(zhuǎn)換成剛體，氣囊觸發(fā)展開時剛體重新轉(zhuǎn)換成柔性體處理*DEF0RMA_HON—TO—RIGID。

前碰約束系統(tǒng)采用基于試驗(yàn)的HYBRID III 50th男性假人對應(yīng)的柔性仿真有限元假人。柔性有限元假人重量75kg，具備頭部加速度傳感器單元、頸部力傳感器單元、胸部加速度傳感器單元及胸部肋骨壓縮BEAM輸出單元等。按照座椅R點(diǎn)對假人進(jìn)行定位，按照車身布置數(shù)據(jù)調(diào)整假人姿態(tài)，包括假人腳步與踏板位置、假人手與方向盤位置、頭部到頂棚距離以及胸部到方向盤距離等。

臺車試驗(yàn)仿真模型主要接觸分為車身焊點(diǎn)接觸、車身自接觸、氣囊自接觸、假人模塊自身接觸、假人與安全帶接觸、假人與車身接觸、假人與座椅接觸及假人與氣囊接觸等，接觸類型主要有^CON?TACT—AUTOMATIC—SURFACE—TO—SURFACE 、*C0N-TACT_AUT0MATIC_N0DE_T0_SURFACE,*C0NTACT_AU- 2.2 TOMATIC_SINGLE_SURFACE。下車體與臺架主要固定點(diǎn)位置剛體處理，并約束剛體Y向、Z向平動及X、Y、Z轉(zhuǎn)動。整個模型設(shè)置重力場關(guān)鍵字 *L0AD_B0DY_Z，模型所有NODE節(jié)點(diǎn)加載*INI- TIAL_VEL0CnY定義初始速度13. 889m/s，下車體與臺架主要固定點(diǎn)位置的剛體單元定義臺車加載減速度曲線 *B0UNDARY_PRESCRIBED_M0- TI0N_RIGID，減速度曲線。

本文以約束系統(tǒng)臺車試驗(yàn)有限元仿真為基礎(chǔ)，研究預(yù)緊限力式安全帶及前碰駕駛員氣囊模擬方式，分析假人運(yùn)動特性、氣囊展開特性及安全帶預(yù)緊限力特性，從有限元原理角度來說，基于LS-DYNA應(yīng)用臺車約束系統(tǒng)仿真能更為準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的力學(xué)及運(yùn)動特性。在約束系統(tǒng)匹配及臺車試驗(yàn)驗(yàn)證開 發(fā)階段，能夠利用有限元手段較為準(zhǔn)確的進(jìn)行安全 性能開發(fā)。

后續(xù)工作需要對各個系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真與試驗(yàn)對標(biāo)，例如轉(zhuǎn)向管柱壓潰試驗(yàn)、氣囊動態(tài)沖擊試驗(yàn)、汽車座椅下潛試驗(yàn)及安全帶織帶拉伸試驗(yàn)等，保證各個系統(tǒng)仿真模型準(zhǔn)確性，再進(jìn)行滑臺試驗(yàn)對標(biāo)及優(yōu)化，保證最終的臺車試驗(yàn)工況仿真模型的仿 精度，為整車碰撞仿真模型假人傷害進(jìn)行有效評 估提供基礎(chǔ)條件。