汽车与行人碰撞中大灯断裂失效模拟的研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.09.015

摘要/Abstract

摘要：

汽车大灯在汽车与行人碰撞中会对行人腿部产生较大损伤，本文旨在通过研究汽车大灯在与行人碰撞工况下的失效行为，以提高其碰撞断裂失效模拟精度，从而在设计阶段对车辆的行人保护性能进行准确预测。文中以大灯灯壳PP-GF30材料为研究对象，基于静态、动态和断裂失效的材料力学试验来表征其弹塑性和断裂失效行为，通过对基于MAT_SAMP-1本构建立的PP-GF30材料断裂失效模型的仿真、大灯冲击子系统试验和汽车-行人腿部冲击试验对失效模型进行验证。结果表明：基于MAT_SAMP-1本构建立的PP-GF30失效模型的仿真精度较高，可准确地预测汽车大灯在汽车与行人碰撞过程中的断裂失效行为。该研究也可为其它相关塑料材料失效仿真模型的建立提供参考。

关键词: 汽车大灯, MAT_SAMP-1本构, 断裂失效模拟, 仿真精度

Abstract:

Auto headlights may cause great damage to pedestrians’ legs in a vehicle-pedestrian crash. This paper aims to enhance the simulation accuracy of headlight fracture failure by studying the failure behavior of headlights in a vehicle-pedestrian crash condition， so as to accurately predict the pedestrian protection performance of vehicle in design stage. With the material of headlight housing PP-GF30 as the object， its elastic-plastic property and fracture failure behaviors are characterized based on static， dynamic and fracture failure material mechanical tests. The fracture failure model is verified through the simulation on PP-GF30 material fracture failure model established based on MAT_SAMP-1 constitutive， the headlight impact subsystem test and the vehicle-pedestrian leg impactor collision test，. The results show that the PP-GF30 fracture failure model built has a high simulation accuracy and can accurately predict the fracture failure behavior of auto headlights in vehicle-pedestrian collision. The research can also provide a reference for the establishment of failure simulation models of other related plastic materials.

Key words: auto headlights, MAT_SAMP-1 constitutive, fracture failure simulation, simulation accuracy

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图/表 28

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参考文献 13

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试验类型		应变率/加载速率	备注
材料表征试验	单向拉伸	0.001 s^-1、 0.1 s^-1、 1 s^-1、20 s^-1、 100 s^-1、 400 s^-1	构建材料的弹塑性力学行为和断裂失效准则
	准静态双向拉伸	0.001 s^-1
	压缩试验	0.001 s^-1、 50 s^-1
	剪切试验	0.001 s^-1、50 s^-1
	穿孔试验	5 mm/min、 3 m/s

变形形式	参数	符号	数值
弹性变形	弹性模量	EMOD	5 600 MPa
弹性变形	泊松比	NUE	0.4
塑性变形	单向拉伸应力-应变曲线	LCID_T	曲线
	压缩应力-应变曲线	LCID_C	曲线
	剪切应力-应变曲线	LCID_S	曲线
	双向拉伸应力-应变曲线	LCID_B	曲线
断裂失效	断裂应变-应变率曲线	EPFAIL	曲线
	断裂应变乘数-应力三轴度曲线	LCID_TRI	曲线
	断裂尺寸效应标定曲线	LCID_LC	曲线

应变率/s^-1	试验/仿真	屈服应力/MPa	拉伸强度/MPa	拉伸强度应变	平均偏差/%
20	试验	63.4	107.46	0.041	3.78
20	仿真	59.5	107.81	0.043	3.78
100	试验	63.8	109.885	0.04	1.25
100	仿真	61.8	110.546	0.04	1.25
400	试验	65.0	128.138	0.041	9.12
400	仿真	62.4	117.011	0.047	9.12
综合偏差（3个应变率下3项偏差的平均值）					4.71

指标	试验	试验平均值	仿真	相对误差
第一峰值载荷/N	5 363.27（test1）	4 653.19	4 481.99	3.68%
	4 368.89（test 2）
	4 227.41（test 3）
压缩位移/mm	98.44（test 1）	90.07	89.91	1.78%
	84.35（test 2）
	87.41（test 3）

评价指标	大腿弯矩		韧带伸长量
评价指标	M_F₃/（N·m）	相对误差/%	MCL/mm	相对误差/%
test	382.48		27.34
case1方案	375.12	1.93	27.92	2.12
case2方案	443.33	15.91	31.07	11.26