杜小辉基于HyperWorks的汽车转向管柱静压溃性能分析

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1、Altair2009HyperWorks技术大会论文集基于HyperWorks的汽车转向管柱静压溃性能分析杜小辉王则龙邵俊健浙江吉利汽车研究院有限公司-1-Altair2009HyperWorks技术大会论文集基于HyperWorks的汽车转向管柱静压溃性能分析StaticCompressionPerformanceAnalysisofSteeringColumnBasedonHyperWorks杜小辉王则龙邵俊健(浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部CAE科)摘要:分析转向管柱的性能和吸能机理，按照乘用车转向

2、管柱轴向静态压溃试验的试验方法，利用HyperMesh软件建立吸能式转向结构的分析模型。在此模型基础上进行转向管柱静压溃仿真分析，计算输出压溃力与位移的关系曲线，并且与试验结果进行对比。关键词:转向管柱，吸能式转向结构，静压溃，仿真，HyperMeshAbstract:Analysisontheperformanceandprincipleofenergyabsorptionofsteeringcolumn.Accordingtothetestmethodforstaticaxialcompressionofv

3、ehiclesteeringcolumn,bybuildingtheimpactanalysismodelofenergy-absorbingsteeringassemblywithHyperMesh,analysisonStaticCompression,thecrushforce-displacementcurveiscalculatedandanalyzed.Thentheanalyzingresultwascomparedwiththetestresult.Keywords:steeringcolumn

4、,energy-absorbingsteeringassembly,staticcompression,simulation,HyperMesh1概述汽车转向系统连接转向盘和车轮，用来保持或改变汽车的行驶方向，是驾驶员操纵汽车的基本媒介。同时，转向系还关系到汽车的舒适性、操纵性和安全性，是汽车中较关键的一个子系统。根据交通部的统计资料和对汽车碰撞试验的研究，当汽车发生正面碰撞时，有[1]46%的驾驶员伤害都是由转向盘、转向管柱和转向器等转向机构造成的。我国虽然对汽车的安全性进行了一定程度的研究，但对被动安全性研

5、究最多的主要集中在安全带、安全气囊、吸能保险杆等碰撞安全措施，以及车身的耐撞性和整车的碰撞试验与仿真等，而对于安全转向机构的研究还没有引起足够的重视。随着数字制造技术和计算机水平的发展，应用CAE技术可以减少耗资巨大的传统物理试验，从而缩短汽车研发周期，降低成本。本文重点研究某车型转向管柱静压溃特性，将CAE技术应用于转向管柱的性能分析，减少了从原型到试验评估中制造原型的步骤，为高精度设计提供依据。-2-Altair2009HyperWorks技术大会论文集本次分析采用AltairHyperWorks软件包和L

6、SDYNA求解器，HyperWorks是由美国AltairEngineeringInc.公司的主要产品之一，提供了全球领先的、开放的CAE工程平台，目前广泛应用于汽车、航空航天、铁道、电子等领域。HyperWorks集成了HyperMesh、HyperView、HyperGraph等一批优秀的工程工具，可以与所有主流的商业CAD系统和CAE求解器协同工作。其中HyperMesh是世界领先的、功能强大的独立于求解器的有限元网格划分和模型装配工具，其强大的前处理功能让整车及其子系统有限元模型的建立更加便利。2转向管

7、柱吸能机理目前有很多类型和结构的吸能式转向管柱，转向管柱起连接方向盘和转向器，传递扭矩、防盗、被动安全防撞吸能等作用，为了保证在碰撞压缩的最大设计位移或时间内对驾驶员胸部产生较小的作用力，主要通过采取材料的弯曲变形、接触摩擦、折断、剪断等几种形式的[2]组合。此外，吸能式转向管柱除了能保证规定的轴向压缩变形力外，还要有足够的抗弯曲强度以提高轴向吸能效果；吸能部分的上下端应分别连接在车身上强度和刚度有一定差异的部位，以保证压缩吸能力的传递。在GB11557-1998对转向管柱总成有安全性规定，但是对于怎样具体实现

8、这一标准并没有具体体现，为了使得转向管柱符合国家安全性标准，对转向管柱本身有压缩行程、转向柱[3]系统的最小临界压缩力、转向管柱断裂特性等试验要求，如图1所示某车型机械转向管柱总成。53421671—下支架总成2—变形条3—树脂销4—管柱体5—组合开关支架6—花键轴总成7—调节手柄总成图1机械转向管柱总成转向轴和管柱均为两段式，与仪表横梁间有个变形支架。变形支架和转向管柱相连（如图2）