某商用车前下部防护结构碰撞分析

王占国 陈彦廷 冯佩

摘 要：文章选取了一种典型的商用车前下部防护结构，通过对前下部防护法规解读，根据其结构形式要求及实验要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通过加载与某实际工况完全相同的变形力，以验证前下部防护装置结构的强度能否满足实际工况需求，评价其设计的合理性，旨在提供一种前下部防护碰撞分析研究方法。

关键词：前下部防护;有限元;结构尺寸;法规;实验;工况

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：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

随着道路交通的高速发展，在给我们日常生活带来便利的同时，交通事故的发生也逐渐频繁，尤其是商用车在发生交通事故时带来的人员和车辆损失往往是不可估量的，因此对于商用车增加前下部防护显得尤为重要，结构可靠的前下部防护具有一定变形吸能作用，在发生交通事故时不仅可以提供足够的阻挡力，保护商用车车辆和人员的安全，还可以防止前方车辆钻入商用车底部，从而在一定程度上减少前方车辆人员伤亡和车辆损失，具有非常重要的意义。

本文选取了一种典型的商用车前下部防护结构，通过对前下部防护法规解读，根据其结构形式要求及实验要求建立有限元模型，利用Hyper Mesh、LS-DYNA、HyperView等工具，通过加载与某实际工况完全相同的变形力，以验证前下部防护装置结构的强度能否满足实际工况需求，评价其设计的合理性，旨在提供一种前下部防护碰撞分析研究方法。

1 分析目标

选取商用车典型的前下部防护结构，校核其前下部防护装置强度，以验证前防护装置结构的强度及可靠性，评价其设计结构的合理性。

2 法规解读

2.1 结构尺寸要求

根据GB 26511-2011《商用车前下部防护要求》法规要求，前下部防护应对平行车辆纵轴的作用力具有足够的阻挡力，也要满足一些尺寸要求。

（1）对N2类车辆，横梁的截面高度不小于100mm;对于N3 类车辆，横梁的截面高度不小于120mm。

（2）横梁两端不应有弯向前方且或有尖锐的外侧边缘，端部圆角半径不小于2.5mm。

（3）横梁外表面应为光滑面，螺钉或铆钉的头部凸出该表面的高度不大于10mm。

（4）前下部防护的最大宽度不可超出两侧前轮翼子板的外侧宽度。前下部防护任一端的最外缘与同侧前车轮轮胎最外端面（不包括轮胎的变形量）的横向水平距离不大于100mm（如图1），或与驾驶室踏步板的最外侧点的横向水平距离不大于200mm。

2.2 结构尺寸要求

位于两个P1点之外的前下部防护下边缘的离地最大间隙可大于400mm，但应在平面M以下。平面M是过P1点正下方的前下部防护下边缘上的点与水平面成15°的向上斜面。（如图2）

2.3 试验要求

试验时应尽可能快地施加作用力，車辆或装置应经受住至少0.2s的作用时间。

工况1：对P1点持续施加相当于车辆最大总质量的50%的水平载荷，水平载荷最大不超过80kN。

工况2：对P2点持续施加相当于车辆最大总质量的100%的水平载荷，水平载荷最大不超过160KN。

P1，P2点位置参看图3。加载头的加载面高度不大于250mm（确切的高度由制造商来指定），宽度不大于400mm。

试验结果测量：在试验过程中及试验完毕后，前下部防护前端面的各测试点到车辆最前端的水平距离应不大于400mm。

对P2点施加相当于该车辆或所考虑车型最大质量100%的水平力，但不超过160KN，如果该装置在梁P2点之间断裂或凹入横切面内，则在P3点施加一与P1点作用力要求相同的水平力。

3 分析基础资料及方法

3.1 材料及其属性

3.2 计算工具

前处理：Hyper Mesh

求解器：LS-DYNA

后处理：HyperView

4 工况分析

选取总质量为25t的车型，根据国家对前下部防护的具体试验要求，通过以下工况对前下部防护装置进行承载能力分析，考察结构及承载能力，为设计提供理论指导依据。

5 有限元模型建立

该前下部防护CAE仿真分析是基于Hyper Works工具的有限元分析，以壳单元仿真钣金、四面体单元仿真铸件。以Hyper Mesh 为前处理工具，求解器采用LS-DYNA，后处理工具采用HyperView。将前下部防护与车架相连，根据GB 26511-2011 标准，施加载荷。测试时应尽可能快地施加作用力，车辆或装置应经受住至少0.2s 的作用时间。

6 分析结果

如图5所示P1点加载，右侧整体结构塑性应变0.089，前防撞横梁材料失效应变0.08，最大塑性应变集中在挡板边缘，满足要求。

如图6所示，P1点加载X向变形28mm<400mm，满足要求。

如图7所示P2点加载整体结构防护横梁塑性应变0.31，超过材料的失效应变0.08，前防护横梁压溃，但不影响其结

构性能，满足要求。

如图8所示，P2点加载X向变形37mm<400mm，满足要求。

7 结论

通过以上分析方法及步骤对此车型前防护装置进行结构强度承载能力分析，结果表明此结构满足法规要求。本文展示的碰撞分析方法为后期其他车型前下部防护结构设计校核提供了参考依据。

参考文献

[1]《商用车前下部防护要求》GB 26511-2011.

[2] 李平飞.大型载货汽车后下部防护装置被动安全性及其試验程序研究[J].轻型汽车技术，2008（4）：9-11.

[3] 钟志华.汽车耐撞性分析的有限元法[J].汽车工程，1994，16（1） ：1-6.

[4]《国际机动车认证制度研究》编委会，国际机动车认证制度研究，机械工业出版社，2016.1.