一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法及其裝置制造方法
【專利摘要】一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法及其裝置，屬碰撞試驗(yàn)領(lǐng)域。其在汽車整車側(cè)面碰撞有限元模型中，分別選用不同類型的B柱備選材料；在初始碰撞速度條件下，對上述側(cè)碰有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，獲得采用各種備選材料所吸收的碰撞能量；計(jì)算各備選材料所吸收碰撞能量的算術(shù)平均值；得到B柱在采用不同材料時(shí)候在側(cè)碰中所吸收能量的平均水平；由能量等效公式反求出等效落錘質(zhì)量；取B柱中間位置的截面尺寸為等效梁的截面尺寸，根據(jù)計(jì)算得出的等效落錘質(zhì)量，建立落錘試驗(yàn)對應(yīng)的幾何模型和有限元模型，進(jìn)行仿真計(jì)算之后確定試驗(yàn)試件的約束方式，使其在最大位移上和B柱在側(cè)碰中的侵入量盡可能接近；對B柱進(jìn)行合理的選材，使之能更有效地用于汽車側(cè)面碰撞安全設(shè)計(jì)。
【專利說明】一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于碰撞試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于汽車B柱等可以簡化成梁三點(diǎn)彎曲 特征的零件碰撞特性測試。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著越來越多汽車安全法規(guī)的相繼出臺(tái)和用戶對汽車安全性要求越來越高，汽車 整車設(shè)計(jì)、關(guān)鍵安全零部件及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日益復(fù)雜。同時(shí)由于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，如何在 保證汽車安全性的前提下，減輕汽車的重量成為了目前汽車行業(yè)急需解決的問題。
[0003] 為了在不降低汽車安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輕量化，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、鋁合金等新型材料 在汽車中被應(yīng)用得越來越多。
[0004] 汽車設(shè)計(jì)工程師需要借助新的合理的試驗(yàn)方法來研究如何將這些輕量化材料應(yīng) 用于汽車安全性設(shè)計(jì)，使汽車上材料的分布更為合理。
[0005] -般轎車車身有三個(gè)立柱，從前往后依次為前柱（業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱之為A柱，下同）、中 柱（B柱）、后柱（C柱）。對于轎車而言，立柱除了支撐作用，也起到門框的作用。
[0006] 在汽車側(cè)面碰撞中，B柱作為重要的側(cè)面結(jié)構(gòu)，是承受側(cè)面碰撞力的主要零件，主 要以彎曲變形的方式吸收碰撞能量。
[0007] 為了對采用不同的材料和不同厚度的B柱進(jìn)行對比評價(jià)，有必要將B柱合理簡化 為直壁梁結(jié)構(gòu)，再測試其在不同材料和不同厚度下的碰撞特性。而對于如何將B柱合理簡 化為直壁梁結(jié)構(gòu)，還未見相關(guān)研究文獻(xiàn)。
[0008] 三點(diǎn)彎曲落錘試驗(yàn)所采用沖擊錘頭的質(zhì)量是由試驗(yàn)人員任意確定的，而且目前落 錘試驗(yàn)機(jī)主要是用于土木結(jié)構(gòu)的耐撞性測試，其落錘質(zhì)量往往比較大，在用于汽車零部件 的耐撞性測試的時(shí)候，易于將零件砸扁，使得B柱在試驗(yàn)過程中變形情況與實(shí)車碰撞變形 相差很大，因此有必要找到一種比較符合汽車B柱變形模式的三點(diǎn)彎曲落錘試驗(yàn)條件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法 及其裝置，其能夠有效地將B柱簡化成等效直壁梁結(jié)構(gòu)，使得三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)?zāi)鼙M 可能接近B柱在真實(shí)碰撞中的變形情況，幫助設(shè)計(jì)人員對B柱進(jìn)行合理的選材，使之能更有 效地用于汽車側(cè)面碰撞安全設(shè)計(jì)。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法，包括對 直壁梁試件進(jìn)行撞擊，使其發(fā)生彎曲變形，進(jìn)而獲得相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其特征是所述的碰撞試 驗(yàn)方法包括下列步驟：
[0011] A、在汽車整車側(cè)面碰撞有限元模型中，B柱分別選用η種不同類型的備選材料；在 初始速度為Η km/h的初始碰撞速度條件下，對上述側(cè)碰有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，獲得采 用各種備選材料的Β柱所吸收的碰撞能量Ερ Ε2, Ε3，…Εη ;
[0012] B、計(jì)算各種備選材料的B柱所吸收碰撞能量的算術(shù)平均值.

【權(quán)利要求】
1. 一種等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法，包括對直壁梁試件進(jìn)行撞擊，使其發(fā) 生彎曲變形，進(jìn)而獲得相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其特征是所述的碰撞試驗(yàn)方法包括下列步驟：
A、在汽車整車側(cè)面碰撞有限元模型中，B柱分別選用η種不同類型的備選材料；在初始 速度為Η km/h的初始碰撞速度條件下，對上述側(cè)碰有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，獲得采用各 種備選材料的Β柱所吸收的碰撞能量Ερ Ε2, Ε3，…Εη ; Β、計(jì)算各種備選材料的Β柱所吸收碰撞能量的算術(shù)平均值」 C、 得到Β柱在采用不同材料時(shí)候在側(cè)碰中所吸收能量的平均水平； D、 由能量等效公式
反求出等效落錘質(zhì)量m ; E、 取B柱中間位置的截面尺寸為等效梁的截面尺寸，根據(jù)計(jì)算所得出的等效落錘質(zhì)量 m，建立落錘試驗(yàn)對應(yīng)的幾何模型和有限元模型，材料為吸能接近Em的備選材料； F、 在進(jìn)行仿真計(jì)算之后，確定試驗(yàn)試件的約束方式，使其在最大位移上和B柱在側(cè)碰 中的侵入量盡可能接近； G、 所述的落錘碰撞試驗(yàn)方法將B柱簡化成等效直壁梁結(jié)構(gòu)，使得三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試 驗(yàn)?zāi)鼙M可能接近B柱在真實(shí)碰撞中的變形情況，幫助設(shè)計(jì)人員對B柱進(jìn)行合理的選材，使之 能更有效地用于汽車側(cè)面碰撞安全設(shè)計(jì)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法，其特征是所述的落 錘碰撞試驗(yàn)方法通過能量等效原理有效將汽車車身結(jié)構(gòu)中具有復(fù)雜幾何外形的B柱簡化 為典型直壁梁結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員或試驗(yàn)人員合理設(shè)計(jì)出質(zhì)量適當(dāng)?shù)娜c(diǎn)彎曲試驗(yàn)落錘， 避免落錘設(shè)計(jì)或選擇的盲目性，從而達(dá)到有效評價(jià)選用各類備選材料的B柱其碰撞安全特 性的目的，并為B柱選材提供了一條有效路徑。
3. 按照權(quán)利要求1所述的等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法，其特征是取所述的 等效落錘質(zhì)量m為沖擊錘頭的質(zhì)量m。
4. 按照權(quán)利要求1或3所述的等效簡化梁三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)方法，其特征是在取 所述的B柱中間位置的截面尺寸為等效梁的截面尺寸時(shí)，根據(jù)之前計(jì)算得出的沖擊錘頭的 質(zhì)量m，建立落錘試驗(yàn)的幾何模型和有限元模型，其中試驗(yàn)試件采用多種約束方式，材料為 備選材料中強(qiáng)度為中等的，在進(jìn)行仿真計(jì)算之后，將在最大位移上和B柱在側(cè)碰中的侵入 量最為接近的約束方式定為最終試驗(yàn)所采用的約束方式。
5. -種采用權(quán)利要求1所述試驗(yàn)方法進(jìn)行工作的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，包括試 驗(yàn)臺(tái)和位于其上的試驗(yàn)試件，其特征是： 在所述的試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置試驗(yàn)臺(tái)架組件，所述的試驗(yàn)試件固定在試驗(yàn)臺(tái)架組件上； 在所述試驗(yàn)臺(tái)架組件的外側(cè)，設(shè)置兩根立柱，在兩立柱之間，設(shè)置兩根堅(jiān)向的鋼制導(dǎo) 軌； 在所述的鋼制導(dǎo)軌上，可移動(dòng)地設(shè)置一個(gè)電控抓鉤組件，在電控抓鉤組件的下方設(shè)置 一個(gè)沖擊錘頭組件； 其所述的沖擊錘頭組件可移動(dòng)地設(shè)置在鋼制導(dǎo)軌上，經(jīng)過設(shè)置在沖擊錘頭組件頂部的 吊環(huán)，與電控抓鉤組件連接； 在所述兩根立柱的頂端和試驗(yàn)臺(tái)上，設(shè)置第一和第二改向滑輪，在所述的試驗(yàn)臺(tái)上設(shè) 置牽引電機(jī)，所述的電控抓鉤組件經(jīng)被第一和第二改向滑輪約束的鋼絲繩，與所述的牽引 電機(jī)連接； 其所述的電控抓鉤組件在牽引電機(jī)和鋼絲繩的牽引下，沿鋼制導(dǎo)軌上下移動(dòng)； 當(dāng)所述電控抓鉤組件的抓鉤松開時(shí)，所述的沖擊錘頭組件沿鋼制導(dǎo)軌作自由落體運(yùn) 動(dòng)，撞擊位于其下方的試驗(yàn)試件； 在所述沖擊錘頭組件的沖擊錘頭的側(cè)面設(shè)置電阻式或半導(dǎo)體式應(yīng)變片；在所述沖擊錘 頭的內(nèi)部設(shè)置壓電式傳感器；在所述試驗(yàn)試件的下方設(shè)置激光位移傳感器；在試驗(yàn)臺(tái)架組 件的一側(cè)設(shè)置高速攝像機(jī)； 所述的電阻式或半導(dǎo)體式應(yīng)變片、壓電式傳感器、激光位移傳感器和高速攝像機(jī)，與控 制計(jì)算機(jī)連接，構(gòu)成碰撞試驗(yàn)裝置的電控信號(hào)檢測、記錄系統(tǒng)。
6. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述的鋼制導(dǎo)軌為兩 根，與門型試驗(yàn)臺(tái)架組件位置對應(yīng)地設(shè)置在其上方。
7. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是在所述的兩根立柱之 間，設(shè)置至少兩根橫梁；在所述的各個(gè)立柱與對應(yīng)的堅(jiān)向鋼制導(dǎo)軌之間，設(shè)置橫向支撐，構(gòu) 成一個(gè)穩(wěn)定的門字架結(jié)構(gòu)。
8. 按照權(quán)利要求5或7所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述試驗(yàn)臺(tái)架組 件及試驗(yàn)試件，構(gòu)成第一堅(jiān)向平面，所述的兩根立柱、堅(jiān)向鋼制導(dǎo)軌或由其構(gòu)成的門字架結(jié) 構(gòu)，構(gòu)成第二堅(jiān)向平面，其所述的第一堅(jiān)向平面與第二堅(jiān)向平面重合或十字相交。
9. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述的試驗(yàn)臺(tái)架組件 包括左、右梁支座，旋轉(zhuǎn)軸，限位環(huán)，支撐軸和鋼錠支座； 其中，堅(jiān)直布置的左、右梁支座通過螺栓固定于鋼錠支座上，旋轉(zhuǎn)軸安裝于左側(cè)梁支座 安裝孔內(nèi)，兩端采用限位環(huán)限定其位置；支撐軸安裝于右側(cè)梁支座安裝孔內(nèi)； 所述試驗(yàn)試件的一端經(jīng)旋轉(zhuǎn)軸固定在左側(cè)梁支座上，構(gòu)成銷接端，其另一端放置在于 右側(cè)梁支座的支撐軸上，構(gòu)成自由移動(dòng)端。
10. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述的電控抓鉤組 件包括導(dǎo)向支架及兩側(cè)的導(dǎo)向滑塊、步進(jìn)電機(jī)、固定軸、位移螺栓、連接桿和由第一軸、第一 連桿、第二連桿、第一夾臂、第二夾臂構(gòu)成的四連桿結(jié)構(gòu)； 其中，所述的導(dǎo)向支架及兩側(cè)的導(dǎo)向滑塊通過螺栓固結(jié)為一個(gè)整體，安裝在滑軌上，可 自由移動(dòng)； 所述的步進(jìn)電機(jī)和固定軸分別焊接固定在導(dǎo)向支架上，以確保相互之間的位置關(guān)系； 所述位移螺栓的上端與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，位移螺栓的下端與連接桿通過螺紋相 互咬合； 所述連接桿與第一軸過盈配合； 所述的第一連桿、第二連桿、第一夾臂和第二夾臂，通過第一軸、第二軸、第三軸和固定 軸連接成四連桿結(jié)構(gòu)，構(gòu)成電控抓鉤結(jié)構(gòu)。
11. 按照權(quán)利要求10所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述步進(jìn)電機(jī)的控 制端與控制計(jì)算機(jī)連接，在控制計(jì)算機(jī)的控制下，所述的步進(jìn)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過連接桿 帶動(dòng)四連桿結(jié)構(gòu)動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電控抓鉤結(jié)構(gòu)的打開或關(guān)閉動(dòng)作。
12. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述的沖擊錘頭組 件包括工字鋼支撐架及其兩側(cè)的尼龍滑塊、配重塊、導(dǎo)向鏈接桿、錘頭細(xì)頸部和沖擊錘頭； 其中，工字鋼支撐架通過兩端的螺栓孔與尼龍滑塊連成一體，可以在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)； 工字鋼支撐架的堅(jiān)直方向上從上到下依次安裝配重塊、導(dǎo)向鏈接桿、錘頭細(xì)頸部以及沖擊 錘頭；所述的安裝配重塊、導(dǎo)向鏈接桿、錘頭細(xì)頸部以及沖擊錘頭之間通過螺釘固結(jié)； 其所述的電阻式或半導(dǎo)體式應(yīng)變片設(shè)置在錘頭細(xì)頸部外表面，其壓電式傳感器設(shè)置在 沖擊錘頭中。
13. 按照權(quán)利要求5所述的三點(diǎn)彎曲落錘碰撞試驗(yàn)裝置，其特征是所述的試驗(yàn)裝置通 過下述方式進(jìn)行試驗(yàn)和測試工作： 將待測的試驗(yàn)試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，電阻式或半導(dǎo)體式應(yīng)變片粘貼在沖擊錘頭的側(cè) 面，再將激光位移傳感器放置在試驗(yàn)試件下方，同時(shí)將高速攝像機(jī)設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)架側(cè)面并 對準(zhǔn)試驗(yàn)試件的沖擊位置； 將電阻式或半導(dǎo)體式應(yīng)變片、壓電式傳感器、激光位移傳感器的信號(hào)輸出端與控制計(jì) 算機(jī)的I/O端連接，將電控抓鉤組件中步進(jìn)電機(jī)以及高速攝像機(jī)的控制輸入端與控制計(jì)算 機(jī)的I/O端連接，構(gòu)成碰撞試驗(yàn)裝置的電控信號(hào)測控、檢測、記錄系統(tǒng)； 所述的電控抓鉤組件將沖擊錘頭抓緊，啟動(dòng)牽引電機(jī)，牽引電機(jī)通過鋼絲繩上的電控 抓鉤組件將沖擊錘頭提升至指定高度，控制計(jì)算機(jī)向電控抓鉤組件發(fā)送脫鉤信號(hào)，沖擊錘 頭脫離電控抓鉤組件，沖擊錘頭組件沿著導(dǎo)軌從指定高度落下并撞擊試驗(yàn)試件，撞擊過程 中控制計(jì)算機(jī)通過應(yīng)變片測得碰撞力變化曲線，通過位移傳感器測得試驗(yàn)試件中部位置的 變形量曲線。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK104122058SQ201310157726
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】汪晨, 吳磊, 張文, 俞寧峰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司