Список выполненных НИОКР

Конечно-элементное моделирование и исследование динамического нелинейного контактного взаимодействия импактора и передней части автомобиля. Оценка методики испытаний (2010 г.)

Отрасли промышленности:
Ключевые слова Передняя часть автомобиля,импактор, 3-D CAD модели, 3-D конечно-элементные модели, 3-D динамическая нелинейная задача с контактным взаимодействием, Euro NCAP методика испытаний, оценка и уточнение методики испытаний
Программное обеспечение CATIA, ANSA, ABAQUS/Explicit
Период проведения 2010 г.

В настоящее время в Европе тесты автомобилей на безопасность для пешеходов проводятся в соответствие с правилами первой фазы директив ЕС № 2003/102 и 2004/90, вступивших в силу с октября 2005 года.

С 1 сентября 2010 года испытания должны проводиться по новым правилам второй фазы с повышенными требованиями к безопасности пешеходов.

Программа EuroNCAP разработана для объективной оценки автомобилей с точки зрения безопасности. Импактор голени, используемый в тестах по защите пешеходов, “выстреливается” с помощью специального устройства в бампер. Скорость удара составляет 40 км/ч, что соответствует данным экспериментов, имитирующих наезд автомобиля на манекен пешехода.

Работа посвящена конечно-элементному моделированию и исследованию процесса динамического контактного взаимодействия импакторов ноги и фронтальной части автомобиля, оценке ускорений, смещения и угла изгиба, возникающих в коленном суставе импактора ноги, сравнению результатов, полученных с использованием в тесте одного импактора и двух импакторов.
 
В работе представлены результаты исследований, полученных с помощью программной системы конечно-элементного (КЭ) анализа SIMULIA/ABAQUS.
 
Произведена оценка методики численного моделирования испытаний по исследованию процесса наезда автомобиля на пешехода по правилам EuroNCAP, с использованием одного импактора ноги, а также оценка влияния на результаты теста EuroNCAP второго импактора.
 
Тесты моделировались в соответствии требованиями директивы ЕС 2003/102/EC. На основе пространственных CAD-моделей (CATIA), созданы высокоточные КЭ модели (ANSA) фронтальной части автомобиля и импактора ноги. В результате решения серии динамических нелинейных задач контактного взаимодействия предложена методика изменения тестов по правилам EuroNCAP, учитывающая влияние второго импактора.
 
В рамках работы рассматривается фронтальная часть прототипа на базе четырехдверного автомобиля Mazda 3 2003 года выпуска.
 
Mazda. 3D CAD модель (CATIA) фронтальной части автомобиля
3D CAD модель (CATIA) фронтальной части автомобиля
 3-D конечно-элементная модель фронтальной части автомобиля                3-D конечно-элементная модель импактора
3-D КЭ модель (ANSA) фронтальной части автомобиля; 3-D КЭ модель импактора (справа)
 
Физическая модель импактора макета ноги пешехода состоит из четырех основных частей:
  • неопреновой оболочки имитирующей кожу ноги;
  • пены имитирующей внутренние ткани ноги;
  • двух цилиндров, имитирующих большую берцовую кость и бедро, закрывающих акселерометр.

Разработанная КЭ модель импактора была валидирована с помощью численного моделирования тестов сертификации по методике разработанной рабочей группой по стандартам WG17 EEVC и сравнения результатов тестов с результатами, полученными японскими исследовательскими группами. Результаты численного решения динамических нелинейных задач контактного взаимодействия с высокой степенью точности для 3-D динамических нелинейных задач контактного взаимодействия совпали с результатами аналогичных тестов, выполненных японскими исследователями.

 Схема проведения сертификационного теста

Схема проведения сертификационного теста
CompMecLab_test_00     CompMecLab_test_01
 
      
Измеряемые величины для определения травмоопасности автомобиля. Расположение импактора ноги пешехода по стандартам EuroNCAP
 
      
Положения импактора ноги в тестах по правилам EuroNCAP
      
Взаимное расположение импакторов относительно друг друга

 

Нажмите для просмотра  Нажмите для просмотра


Конечно-элементное моделирование (SIMULIA/Abaqus) динамического нелинейного контактного взаимодействия одного импактора (слева) и двух импакторов (справа) с фронтальной частью автомобиля. Анимации

В процессе наезда автомобиля на человека, в большинстве случаев, происходит контактное взаимодействие двух импакторов ноги пешехода с автомобилем. После первого контактного взаимодействия первого импактора ноги пешехода с фронтальной частью автомобиля происходит деформация бампера и кузова автомобиля, что изменяет их жесткостные характеристики. Далее происходит второе взаимодействие между деформированной передней частью автомобиля и вторым импактором ноги пешехода. Соответственно, результаты основных критериев травмирования с учетом второго импактора ноги будут отличаться.
Нажмите для просмотра  Нажмите для просмотра
Нажмите для просмотра Нажмите для просмотра


Конечно-элементное моделирование (SIMULIA/Abaqus) динамического нелинейного контактного взаимодействия одного импактора (слева) и двух импакторов (справа) с фронтальной частью автомобиля. Анимации

 
В таблице  красным отмечены результаты, превышающие критические значения ускорения, смещения или угла изгиба, оранжевым - результаты, близкие к критическим. Мы видим, что в основном результаты, лежащие на границе области критических значений или вовсе ее превышающие, достигаются при использовании модели, учитывающей два импактора ноги.
 
Представленные результаты говорят о том, что модель теста по правилам EuroNCAP, учитывающая импактор одной ноги, дает нам неполную картину происходящего, следовательно, целесообразно (необходимо) учитывать и второй импактор в тестах по правилам EuroNCAP.