邵珊珊，郭世永，郗歡歡

（青島理工大學車輛工程機械研究所，山東青島 266033）

客車蒙皮對側翻安全性的影響分析?

邵珊珊，郭世永，郗歡歡

（青島理工大學車輛工程機械研究所，山東青島 266033）

基于ECE R66法規(guī)和非線性有限元方法進行碰撞仿真的原理，以某6137型大客車為研究對象，分別建立了車身骨架有限元模型和帶蒙皮的整車車身有限元模型，通過車身立柱變形和碰撞能量結果兩項指標，對比分析客車蒙皮對側翻碰撞仿真分析結果的影響程度。仿真分析結果表明：客車蒙皮在側翻碰撞仿真分析中影響程度較大，可以吸收系統(tǒng)3.3%左右的能量，使立柱變形量可以減少23 mm左右。故在利用有限元法檢驗客車側翻安全性時，不能忽略客車蒙皮的影響。

側翻安全性；仿真精度；有限元分析；客車蒙皮

1 前 言

隨著客車交通事故的不斷增加，尤其是側翻事故造成的高死亡率，客車側翻碰撞安全性日益受到人們重視［1］?？蛙噭討B(tài)側翻實驗為破壞性實驗，成本過高且不容易再現(xiàn)，因此采用CAE技術進行客車側翻安全性尤為必要。但目前國內在利用有限元方法研究客車側翻問題時，對車身結構都做了不同程度的簡化，大都忽略了蒙皮的影響［2］，從而導致仿真結果與實際情況存在一定的差異。在本文中通過某6 137型大客車車身骨架側翻碰撞仿真分析，對比驗證大客車蒙皮對碰撞仿真分析結果的影響程度。

2 客車側翻仿真模型的建立

2.1 有限元模型的建立

分析對象為13.7 m長的6 137型客車，發(fā)動機采用后置形式，車身骨架為全承載式設計，為確保計算的精確性，此次仿真分析選用全板殼單元進行計算。直接在有限元軟件MSC.PATRAN中建立幾何模型。為方便建模和減小計算量，輪胎模型可以直接從VPG軟件中調取。其他部件如頂置空調、玻璃、座椅等，均以等效配重的方式分布在對應幾何位置的節(jié)點上［2］，目的是保證所建立的有限元模型整車質心高度與實際質心高度的偏差不超過20 mm。

在碰撞大變形仿真的過程中，單元類型與大小對仿真精度有很大影響［3］。由于車身骨架主要是薄壁結構，因此單元類型主要選擇帶沙漏控制的四邊形殼單元，此外模型中還包括六面體單元、彈簧單元和彈性單元?？蛙噦确鲎矔r，其車身上部結構是研究的重點部分［4］，因此在保證計算速度的基礎上，上部結構的網(wǎng)格劃分盡量密一點，以提高計算精度。本文通過幾次調試計算最終確定了上部結構的網(wǎng)格大小為20 mm，其余部分30 mm，蒙皮網(wǎng)格尺寸為50 mm。整個客車模型共包含個156 380殼單元、784個焊接單元、237 650個節(jié)點。建好的有限元模型如圖1所示。對該大客車頂部、兩側以及前后部都建立蒙皮，來考慮蒙皮在側翻中的影響程度。蒙皮材料選用冷軋鋼，并用spotweld無質量焊點與車身骨架進行連接。建立好的含蒙皮的整車有限元模型如圖2所示。其余參數(shù)設置和整車骨架側翻模型設置相同。

2.2 翻滾平臺的有限元模型建立

本文采用無限平面的固定剛性墻，在整個側滾碰撞過程中剛性墻不發(fā)生任何變形［5－6］。根據(jù) ECE R66法規(guī)建立的翻滾平臺距離地面高度為800 mm，側翻角度調到臨界側翻角35°，再對其進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小定為100 mm，然后給其賦予單元屬性和材料屬性，單元為殼單元，材料為剛性材料。將大客車模型安放在翻滾臺模型上。最終建立的翻滾平臺如圖3所示。該客車有前中后三組輪胎，為保證客車骨架側圍和頂蓋結合處先著地，因此要在翻滾臺上建立相應的前中后3個高度為80 mm的擋板，擋板模型如圖4所示。

圖2 含蒙皮的整車有限元模型

圖1 車身骨架有限元模型

圖3 大客車骨架側翻碰撞有限元模型

圖4 擋板模型

3 客車側翻碰撞結構變形分析

分別將整車骨架有限元模型和帶有蒙皮的有限元模型放置在側傾平臺上，采用LS－DYNA進行翻滾碰撞分析，整個碰撞的時間歷程為從客車開始側翻到客車側翻撞地變形不再變化為止，共250 ms。選擇0.087rad／s的側翻速度下，驗證比對蒙皮對客車側翻碰撞的影響。圖5為碰撞結束時骨架模型與含蒙皮整車模型最大變形量對比圖，可以看出添加蒙皮后客車整體變形較之前有所減輕。

圖5 最大變形量對比圖

4 立柱變形分析

圖6為側翻速度為0.087 rad／s時第4測量點到標桿的變化量對比圖，從圖中可以看出，含蒙皮的車身模型由于蒙皮有一定的吸能，所以立柱的塑性變形較車身骨架模型的立柱減少，變形量也減小。

圖6 測量點4到標桿的變化量對比圖

表1是側翻速度為0.087 rad／s時骨架模型和含蒙皮的客車模型單側側圍所有立柱變形量。從表中可以看出，第九立柱（即客車車身中間部分）變形情況最嚴重，含蒙皮模型各立柱的變形量較骨架模型各立柱變形量平均減小約23 mm。因此可以看出添加蒙皮可以減小側翻碰撞造成的傷害。

表1 客車模型各個立柱變形量對比 ／mm

5 碰撞能量結果分析

添加蒙皮后客車模型的總質量有所增加，因此在發(fā)生側翻碰撞時，系統(tǒng)的總能量有原來的8e7焦耳增大到8.3e7焦耳，如圖7所示。添加蒙皮后，蒙皮在側翻碰撞時可以吸收一部分碰撞能，從而可以使立柱變形量減小。其蒙皮吸能曲線如圖8所示，最大吸能為2.75e6焦耳，占吸能總量的3.3%，從能量角度來說，添加蒙皮有利于更準確地進行側翻仿真分析。

圖7 車身系統(tǒng)總能變化對比圖

圖8 蒙皮吸能曲線

6 結 論

分別建立了不含蒙皮和含蒙皮的大客車側翻碰撞有限元模型，并對其進行計算，將計算結果對比得出如下幾點。

（1）蒙皮在側翻碰撞中對客車結構具有一定的加強作用，添加蒙皮后整車變形情況有明顯改善。

（2）從客車骨架側圍立柱變形情況得出，第九立柱（即客車車身中間部分）變形情況最嚴重，同時客車蒙皮可以使單側側圍立柱變形量平均減少約23 mm。

（3）從碰撞能量結果分析可以得出，客車蒙皮可以吸收系統(tǒng)3.3%左右的能量。

［1］ 黃世霖，張金煥.汽車碰撞與安全［M］.北京：清華大學出版社，2000.

［2］ 周建興，馬 力.大客車車身骨架有限元建模方法分析［J］.客車技術，2004（4）：23－26.

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

［4］ 楊瑞峰，樊江順.基于ECER66法規(guī)的某大客車上部結構強度［J］.公路交通學報，2011，（28）10：136－140.

［5］ 賈宏波，黃金陵，郭孔輝.汽車車身結構碰撞性能的計算機模擬、評價改進［J］.吉林工業(yè)大學學報，1998，28（2）：6－11.

［6］ 楊光瑜，九志勇，劉大維.汽車碰撞的數(shù)值模擬技術［J］.機械，2004（7）：4－6.

Influence of Bus Skin on Rollover Crash Simulation

SHAO Shan－shan，GUO Shi－yong，XI Huan－h(huán)uan

（Qingdao Technological University，Vehicle Engineering＆Machinery Research Institute，Qingdao Shandong 266033，China）

According to the rule of ECE R66 and the theory of finite element method in crash simulation，taking a vehicle model of 6137 passenger car for example，a finite element model of body frame and a finite element model of body with skin are established，then the influences of bus skin on the simulation result of rollover crash are comparatively analysed based on body column deformation and energy absorption.The simulation result shows that bus skin has a greater influence in rollover crash simulation，it can cause 3.3%of enery absorption and reduce the deformation of the stand column of 6 mm.Thus，the impact of bus skin cannot be ignored in testing rollover crash safety by finite element analysis method.

rollover crash safety；simulation accuracy；finite element analysis；bus skin

U469.1

A

1007－4414（2013）04－0037－03

2013－06－06

邵珊珊（1988－），女，山東滕州人，碩士研究生，研究方向：汽車碰撞和CAE分析。