基于Isight的汽车前防撞系统低速碰撞优化设计

李雨田

(西安航空职业技术学院资产管理处，陕西 西安 710089)

作者简介：李雨田（1983—），男，讲师，硕士，主要研究方向为机械设计，468160373@qq.com.

摘要：为提高轿车前防撞系统低速耐撞性，首先进行前防撞梁和吸能盒正面低速碰撞仿真和分析，结果表明原结构存在吸能盒能量吸收不足、防撞梁变形过大、超过极限空间等设计缺陷，需重新优化设计。然后搭建基于Isight、CATIA、HyperMesh、LS-DYNA的优化设计仿真平台进行优化设计，即以零件长度、壁厚尺寸为设计变量，以比吸能最大化为优化目标，以碰撞力小于180 kN、防撞梁位移小于200 mm、吸能盒变形小于180 mm为约束条件，进行优化设计。最后通过对新设计的防撞梁和吸能盒进行低速碰撞性能验证，证明了优化方法的高效性和可行性。

关键词：防撞梁；吸能盒；低速碰撞；Isight；优化设计

中图分类号：U463.82   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)12-0082-05

进入21世纪，随着我国城市轿车保有量不断增加，低速碰撞（v≤15 km/h）时有发生。前防撞系统的防撞梁和吸能盒能够在低速碰撞过程中起到保护汽车的重要作用，当低速碰撞发生时，首先受损的就是汽车前防撞系统中的防撞梁和吸能盒，以此保护车身避免受损、降低维修成本。但据美国高速公路安全保险协会（Insurance Institute for Highway Safety , IIHS）调查统计结果显示，市面上大部分轿车的防撞梁和吸能盒都存在设计缺陷^［1］。为提高低速耐撞性，国内外学者做了大量研究。文献^［2］针对防撞梁的挤压强度进行了研究，得出增加防撞梁弯曲刚度会增加吸能特性的结论。文献^［3］研究防撞梁和吸能盒的吸能特性，比较分析了四组截面形状分别为圆形、正方形、六边形和八边形，每组的单元格和连接板也不相同的防撞梁和吸能盒，结果表明八边形带内圆结构的截面比吸能最大。文献^［4］研究了碰撞时吸能盒的变形形式，通过在吸能盒中增加诱导槽，不仅可以提高防撞梁的吸能特性，还可以使最大碰撞力和位移满足设计要求。

目前，Isight的集成优化技术广泛应用于化学工程、船舶工程、航空航天、车辆工程等领域的优化设计中^［5］，但在低速碰撞前防撞系统优化中尚不多见。因此本文针对某型车前防撞梁和吸能盒低速耐撞性较差的缺点，搭建了基于Isight、CATIA、HyperMesh、LS-dyna的优化设计平台，实现前防撞系统自动化仿真和优化的目的，提高了前防撞系统的耐撞性能。

1 前防撞系统低速碰撞仿真分析

1.1 有限元模型的建立

本文采用HyperMesh建立有限元模型，网格大小设置为10 mm，最终得到6 310个单元，其中三角形单元有518个；防撞系统的防撞梁和吸能盒连接方式为点焊，用Weld单元表示；设置碰撞器和防撞梁之间的接触类型为*CONTACT_SURFACEE_TO_SURFACE，防撞梁、吸能盒以及车体单面的接触类型为*CONTACT_SINGLE_SURFACE^［6］。整车质量为1.078 t，碰撞器按照RCAR低速碰撞标准构建，最终搭建的碰撞有限元模型如图1所示。原模型的材料为DC01，其弹性模量为202 GPa，泊松比为0.28，密度为7.85×10-6kg/mm3^［7］。