技術(shù)特征：

1.一種汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的步驟如下：

1)建立車輛等效簡化模型；

2)獲取車身前端結(jié)構(gòu)抗撞性設(shè)計(jì)目標(biāo)；

3)設(shè)計(jì)前縱梁、前指梁及副車架；

4)仿真驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)后車身前端結(jié)構(gòu)的正面抗撞性。

2.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的建立車輛等效簡化模型包括步驟如下：

1)仿真模擬IIHS正面25％重疊率碰撞工況；

2)提取前端結(jié)構(gòu)主要吸能非板件的剛度特性和慣性特性；

3)將提取的剛度特性參數(shù)化；

4)明確車身前端結(jié)構(gòu)各構(gòu)件等效簡化模型模擬方式；

5)簡化前縱梁、前指梁和副車架；

6)處理車體其他部件；

7)驗(yàn)證車輛等效簡化模型的有效性。

3.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的獲取車身前端結(jié)構(gòu)抗撞性設(shè)計(jì)目標(biāo)包括步驟如下：

1)計(jì)算前縱梁、前指梁及副車架目標(biāo)吸能量之和E

$E=(\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_0^2-\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2)\·\mathrm{\η}-E_k-E_{qt}---\left(1\right)$

其中:E的單位為J；m為整車質(zhì)量，單位為kg；v₀為碰撞初速度，單位為m/s；v為碰撞結(jié)束速度，單位為m/s；η表示車體前端目標(biāo)吸能比例，取80％-90％；E_k為前端結(jié)構(gòu)中翼子板及輪罩、保險(xiǎn)杠總成、發(fā)動(dòng)機(jī)罩三部分目標(biāo)吸能量之和，單位為J，其值由該三部分在法規(guī)臨界侵入量下的吸能量-時(shí)間曲線得到；E_qt表示車體前端其他構(gòu)件吸能量，在1-4kJ；在該式中給定碰撞結(jié)束速度v和目標(biāo)吸能比例η，即求出前縱梁(3)、前指梁(4)與副車架(5)目標(biāo)吸能量之和E；

2)分別計(jì)算前縱梁、前指梁及副車架的目標(biāo)吸能量

修改簡化模型前縱梁(3)、前指梁(4)、副車架(5)的特性參數(shù)，得到在該工況碰撞中翼子板及輪罩、保險(xiǎn)杠總成、發(fā)動(dòng)機(jī)罩三部分在法規(guī)臨界侵入量下的吸能量-時(shí)間曲線，可得式(1)中的E_k值；在式(1)中再給定碰撞結(jié)束速度v和目標(biāo)吸能比例η，即可求出前縱梁、前指梁及副車架的目標(biāo)吸能量之和E；然后輸出各前端薄壁梁構(gòu)件的吸能量-時(shí)間曲線，據(jù)此分別得到前縱梁(3)、前指梁(4)和副車架(5)的目標(biāo)吸能比例η_q、η_s、η_f；再利用下列各式分別算出其目標(biāo)吸能量E_q、E_s、E_f；

E_q＝η_q·E (2)

E_s＝η_s·E (3)

E_f＝η_f·E (4)

式中：E為前縱梁、前指梁及副車架的目標(biāo)吸能量之和，單位為J；E_q、E_s、E_f分別為前縱梁(3)、前指梁(4)、副車架(5)的目標(biāo)吸能量，單位為J；η_q、η_s、η_f分別為前縱梁(3)、前指梁(4)、副車架(5)的目標(biāo)吸能比例。

4.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的設(shè)計(jì)前縱梁是指：

(1)計(jì)算單側(cè)前縱梁各段目標(biāo)吸能量：

將左側(cè)前縱梁的目標(biāo)吸能量即總的吸能量減去右側(cè)前縱梁的吸能量，作為單側(cè)前縱梁的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為使設(shè)計(jì)的前端結(jié)構(gòu)也適應(yīng)正面全寬碰撞和40％重疊率偏置碰撞，左右兩側(cè)前縱梁的設(shè)計(jì)保持一致，通過分析等效簡化模型前縱梁各段變形吸能量占整個(gè)前縱梁吸能量的比例，分別給定各段目標(biāo)吸能比例，最終得到單側(cè)前縱梁各段目標(biāo)吸能量；

(2)設(shè)計(jì)前縱梁各段x向長度及目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{qi}=E_q\\ E_{qi}=F_{qi}\·S_{qi}\\ S_{qi}=k_{qi}\·D_{qi}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中：E_q為前縱梁壓潰變形目標(biāo)吸能量，即前縱梁目標(biāo)吸能量減去前縱梁彎曲變形目標(biāo)吸能量，單位為J；E_qi為前縱梁第i段壓潰變形目標(biāo)吸能量，單位為J；F_qi為前縱梁第i段的目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力，單位為N；S_qi為前縱梁第i段的壓潰長度，單位為m；k_qi為前縱梁第i段的壓縮系數(shù)，是一個(gè)無量綱參數(shù)；D_qi為前縱梁第i段的原長度，單位為m；

根據(jù)車輛總布置要求確定前縱梁x向總長度，根據(jù)吸能要求與發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪等布置要求確定前縱梁各段x向長度。在式(5)中，取等效簡化模型中前縱梁第i段被壓縮的長度占原長度的比例作為第i段的壓縮系數(shù)k_qi，綜合考慮式(5)和逐級壓潰系數(shù)要求，得到壓潰變形段的目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力，吸能盒x向長度與車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型相同；

(3)選取材料并設(shè)計(jì)斷面

①選取材料

吸能盒材料選為冷連軋低碳鋼0.2T/DC01，前縱梁(3)各段材料選為低碳鋼；

②設(shè)計(jì)斷面

低碳鋼材質(zhì)的矩形截面薄壁梁平均軸向結(jié)構(gòu)力計(jì)算公式為

$F=13.105{\mathrm{\σ}}_0{b}^{\frac{1}{3}}{t}^{\frac{5}{3}}\[1+{\left(\frac{0.33v_0}{bc}\right)}^{\frac{1}{p}}\]---\left(6\right)$

式中:F為平均軸向結(jié)構(gòu)力，單位為N；σ₀為平均流動(dòng)應(yīng)力，單位為Mpa，低碳鋼為486Mpa；b為矩形截面長寬平均值，單位為mm；t為薄壁梁厚度，單位為mm；v₀為動(dòng)態(tài)載荷，單位為m/s；c為特征應(yīng)變率，是一個(gè)無量綱參數(shù)，低碳鋼取為40％；p為材料敏感度度量值，是一個(gè)無量綱參數(shù)，低碳鋼p值為6。

5.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的設(shè)計(jì)前指梁包括步驟如下：

(1)計(jì)算單側(cè)前指梁各段目標(biāo)吸能量：

將左側(cè)前指梁的目標(biāo)吸能量即總的吸能量減去右側(cè)前指梁的吸能量，作為單側(cè)前指梁的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為使設(shè)計(jì)的前端結(jié)構(gòu)也適應(yīng)正面全寬碰撞和40％重疊率偏置碰撞，左右兩側(cè)前指梁的設(shè)計(jì)保持一致，通過分析等效簡化模型前指梁各段變形吸能量占整個(gè)前指梁吸能量的比例，分別給定各段目標(biāo)吸能比例，最終得到單側(cè)前指梁各段目標(biāo)吸能量；

(2)設(shè)計(jì)前指梁各段x向長度及目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{si}=E_s\\ E_{si}=F_{si}\·S_{si}\\ S_{si}=k_{si}\·D_{si}\end{array}\right.---\left(7\right)$

式中：E_s為前指梁壓潰變形目標(biāo)吸能量，即前指梁目標(biāo)吸能量減去前指梁彎曲變形目標(biāo)吸能量，單位為J；E_si為前指梁第i段壓潰變形目標(biāo)吸能量，單位為J；F_si為前指梁第i段的目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力，單位為N；S_si為前指梁第i段的壓潰長度，單位為m；k_si為前指梁第i段的壓縮系數(shù)，是一個(gè)無量綱參數(shù)；D_si為前指梁第i段的原長度，單位為m；

根據(jù)車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型中總布置要求確定前指梁x向總長度，根據(jù)前指梁變形特點(diǎn)在考慮總布置要求后，由式(7)和逐級壓潰系數(shù)得到前指梁各段x向設(shè)計(jì)長度以及相應(yīng)目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力；

(3)選取材料并設(shè)計(jì)斷面

①選取材料

選取前指梁(4)各段材料為低碳鋼，材料平均流動(dòng)應(yīng)力為486MPa；

②設(shè)計(jì)斷面

取前指梁(4)各段厚度與車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型相同，由公式(6)分別得到前指梁壓潰變形段的截面長寬均值，從前指梁中部到前指梁后部為漸變截面，最后滿足前指梁(4)與車門鉸鏈連接強(qiáng)度要求。

6.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的設(shè)計(jì)副車架包括步驟如下：

(1)計(jì)算單側(cè)副車架各段目標(biāo)吸能量:

將副車架左側(cè)縱梁的目標(biāo)吸能量即副車架縱梁吸能量減去右側(cè)縱梁的吸能量，作為副車架單側(cè)縱梁的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為使設(shè)計(jì)的前端結(jié)構(gòu)也適應(yīng)正面全寬碰撞和40％重疊率偏置碰撞，左右兩側(cè)副車架縱梁的設(shè)計(jì)保持一致，通過分析等效簡化模型副車架各段變形吸能量占整個(gè)前指梁吸能量的比例，分別給定各段目標(biāo)吸能比例，最終得到單側(cè)副車架各段目標(biāo)吸能量；

(2)設(shè)計(jì)副車架(5)各段x向長度及目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{fi}=E_f\\ E_{fi}=F_{fi}\·S_{fi}\\ S_{fi}=k_{fi}\·D_{fi}\end{array}\right.---\left(8\right)$

式中：E_f為副車架縱梁壓潰變形目標(biāo)吸能量，即副車架目標(biāo)吸能量減去副車架橫梁目標(biāo)吸能量及副車架縱梁彎曲變形目標(biāo)吸能量，單位為J；E_fi為副車架縱梁第i段壓潰變形目標(biāo)吸能量，單位為J；F_fi為副車架縱梁第i段的目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力，單位為N；S_fi為副車架縱梁第i段的壓潰長度，單位為m；k_fi為副車架縱梁第i段的壓縮系數(shù)，是一個(gè)無量綱參數(shù)；D_fi為副車架縱梁第i段的原長度，單位為m；

根據(jù)有限元基礎(chǔ)模型車身總布置要求確定副車架縱梁長度范圍，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪等布置要求確定副車架縱梁各段長度，副車架橫梁長度取決于車身總布置要求與副車架縱梁位置，在Pam-Crash后處理模塊中得到副車架縱梁各段彎曲變形分別吸收的能量，據(jù)此確定副車架縱梁壓潰變形目標(biāo)吸能量，由變形后長度占原長度的比例確定壓縮系數(shù)，最后根據(jù)式(8)和逐級壓潰系數(shù)得到副車架縱梁各段目標(biāo)平均軸向結(jié)構(gòu)力；

(3)選取材料并設(shè)計(jì)斷面

①選取材料

選取副車架(5)各段材料為低碳鋼，材料平均流動(dòng)應(yīng)力為486Mpa；

②設(shè)計(jì)斷面

取副車架(5)各段厚度與車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型相同，由式(6)分別得到副車架縱梁前、后段的截面長寬均值，將副車架橫梁截面設(shè)計(jì)成由中間到兩邊逐漸變大的形式。

7.按照權(quán)利要求1所述的汽車正面25％重疊率碰撞的車身前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述的仿真驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)后車身前端結(jié)構(gòu)的正面抗撞性包括如下步驟：

將設(shè)計(jì)的前縱梁(3)、前指梁(4)和副車架(5)替換原車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型中的相應(yīng)構(gòu)件得到新的有限元模型；

1)驗(yàn)證正面25％重疊率碰撞的吸能量與乘員艙侵入量

利用Pam-Crash軟件將新的有限元模型在25％重疊率正面碰撞工況中驗(yàn)證前縱梁(3)、前指梁(4)、副車架(5)的吸能量及這三個(gè)構(gòu)件的吸能量之和是否達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求即目標(biāo)吸能量，同時(shí)還要驗(yàn)證乘員艙侵入量是否達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求即法規(guī)臨界侵入量：

(1)達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求

達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求,則可接著驗(yàn)證正面全寬碰撞的B柱加速度波形；

(2)未達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求

未達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)要求，則需重新調(diào)整目標(biāo)吸能比例或構(gòu)件截面長寬值，直至滿足目標(biāo)設(shè)計(jì)要求；

2)驗(yàn)證正面全寬碰撞的B柱加速度波形

在Pam-Crash軟件中輸出并對比新的有限元模型和原車輛-假人有限元基礎(chǔ)模型在正面全寬碰撞工況中的B柱加速度波形，觀察新的有限元模型的B柱加速度峰值是否有明顯增大：

(1)B柱加速度峰值無明顯增大

新的有限元模型的B柱加速度峰值無明顯增大，則接著驗(yàn)證正面40％偏置碰撞的乘員艙侵入量；

(2)B柱加速度峰值有明顯增大

新的有限元模型的B柱加速度峰值有明顯增大，則需重新調(diào)整目標(biāo)吸能比例或構(gòu)件截面長寬值直至B柱加速度峰值無明顯增大；

3)驗(yàn)證正面40％偏置碰撞的乘員艙侵入量

利用Pam-Crash軟件驗(yàn)證新的有限元模型在40％重疊率偏置碰撞工況中的乘員艙侵入量是否超過法規(guī)臨界侵入量：

(1)未超過法規(guī)臨界侵入量

乘員艙臨界侵入量未超過法規(guī)臨界侵入量，車身前端結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果就作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；

(2)超過法規(guī)臨界侵入量

乘員艙侵入量超過法規(guī)臨界侵入量，則需重新調(diào)整目標(biāo)吸能比例或構(gòu)件截面長寬值，直至乘員艙侵入量不超過法規(guī)臨界侵入量。