结构耐撞性设计和碰撞数值模拟

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1、结构耐童性设计和石並撞数值模报第二部分一、结构膀撞性研究•结构耐撞性的基本概念•多层次碰撞：如在车辆碰撞事故中包含有：＞车辆夕卜壳的碰撞为第一层次碰彳童汽车結构耐撞性；＞乘员同方向盘、仪表板及内饰等的破撞为第■二展次碰撞乘员约束保护系统；＞头烦和内含之间的碰撞为第三次碰撞等生物力学；＞耐撞性并不要求结构在撞击下毫无损伤，而是保证运载人员和重要物品不经受无法接收的加速度和损害，以保护人员、环境和结构中昂贵的部分。•结构耐撞性研究的主要内容：＞碰撞中猪构所吸收的总能量；＞控制在硪撞过程中的减速度（力）；＞准确控制緒构的具体破坏模式，各部件的变形量、能量耗散

2、量、甚至零部件的变形的发生时间及先后次库精确到千分之—秒以下。•耐撞性分析和设计的难点＞結构耐撞性的分析基于对硪撞响应的理解，而碰撞响应极其复杂，涉及瞬时大变形、多种破坏模式、变形历史和应变率影响、结拘屈曲和后屈曲、变形局部1匕、缺陷敏感性和零部件之间的相互作用等；＞关于多种变形破坏模式：对常见的汽车薄壁构件就有，型性蓉曲、扭转、裂纹扩展和断裂、甚至穿透等；复合材料述包含损伤等更加复杂。几个名词解释•变形历史：卸载、再加载、应变强化等•应变率影响❖材料的塑性变形对应变速率敏感材料的应变率敏感性，也称为粘塑性i❖对应变率敏慈材料，如常用低碳钢等，动志屈服

3、^应力比静志屈服应力高出许多。粘塑性本构关系非常复杂，常用的本构关系有Cowper-Symonds模型：其中待定常数£）和P通过试验给出•屈曲緒构的不穂定响应（欧拉杆）•变形局部化变形向局部集中；•缺陷敏感性：♦:♦材料結构中不可避免的存在缺陷；极靖情况《♦缺陷可能对屈曲模式产生决定性影响J♦:♦缺陷处的变形局部会改变結构的变形模式，外界输入能量主要消耗于缺陷处,试验中的变形局部化现象及控制•结构耐撞性的研究方法＞结构耐搅性的研究方法，不同于一般的结构弹型性动力响应的研究方法：❖結构在碰撞事故条件下变形和破坏的模式多种多样，琅用常规方法分析计算，即使使

4、用巨型计算机也是一项耗时和昂贵的工作J＜♦碰撞本身具有随机性，如两辆汽车相撞时可能有各种相对位罝和相对速度，要穷举各种硪撞工况进行分析计算实际上是不可能的。＞两个基本特点决定目前对结构耐撞性的研变只能釆用经验分析、棋型实验和数值计算相辅相成的综合方法。•耐撞性设计与常规设计的关系＞常规静力和动力设计：＜♦一般按弹*1生准测设计，不允许出现明風型1生变开多、屈曲和断裂破坏等；＞耐撞性设计目标有两方《♦正常工作时，满足常规要求，不九许破坏；♦:♦破撞发生后，九许破坏，但严格控制破坏模式和变形。＞材料方面：以常用钢材的试件载荷一变形曲践为例:＞结构方载荷变形

5、曲线？最理想结构变形局部化和缺陷敏感性分析举例《♦掌握变形规律；可保持原有结构，通过调整局部使减速度峰值和变开多量同时降低。々不适当的一味增强，会使减速度增加，且变形量有时反增。•常规经验进行耐撞性设计失效举例•仅以汽车结构中常见的薄壁管件受压为例：•结构耐撞性与被动安全性的关系＞良好的整车结构耐•撞性是被动安全性基础＜♦有效控制主要零部件的变形：使变形指标满足法规要求。❖控制减速度峰值，降低乘员伤害。为降低乘员约束系统配置的成本提供了可能。只有配置了合理的乘员安全约束系才能使硪撞对乘员的伤害降到最假＞附撞性设计良好的結构统，并有效发挥作用时P艮度。二

6、、能量吸收装置简介＞为了提高结构的敵撞性，使碰撞能量的耗散尽可能以一种有控制的方式进行，有时需要设置一些特殊的結构元件作为能量吸收装置，或叫能量耗散装置。＞对于这类装置的具体要求往往因硪撞工况和安装部位不同而异，但一般说来有以下几点共同要求：•对能量吸收装置的一般要求•破撞动能应尽可不可进转地转化为变形能，既应该以塑性变形而不是弹性变形来储存这种能晉丨•在碰撞条件下，能董吸收装置的变形模式应当穂定，具有可重复性和可靠性丨•在吸收能量的过程中，应控制碰撞力和减速度。以保护人员和主要结构，因此良好的能晉吸收装置在大变形下应具有接近定常的承载能力i•为吸收更

7、多的动能，它应能提供足够长的变形行程，且在变形后不占据过大的变开多空间或造成次生破坏；•汽车上的能•&吸收装置应该自重轻，具有良好的“比耗能”，即单位自重所能吸收的能董值要高i•由于能量吸收装置一般是一次使用結构，应该成本低廉，易于制造和更换。•简单的吸能装置•复杂的能量吸收装置主要由具有良好能量吸收性能的結构元件组成。•即使简单的结构吸元件，也必须注意一些经常出现的复杂因素，如几何大变形的影响；材料的强化；应变率效应；不同变形模式的转变和交五作用等。•典型的能量吸收结构元件＞拉伸和弯曲元件：简单可靠但效率低。♦:♦金属廷、板条和圆管的拉伸，简单但颈缩

8、行程短丨♦＞V型、Z型等套曲元件，在折角处形成型性铰而吸能，波纹板等結构的承载机理也与之类1