CN105320812A - 一种cae行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法，其技术要点是：将发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元及其保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元和发动机舱盖膨胀胶数据单元通过数据转换单元与数据转换单元输入端相连接，数据转换单元的输入端还连接有有限元网格模型；数据转换单元的输出端依次通过vip2文件转换单元，CAE模拟分析单元与CAE加速度曲线采集单元输入端相连接；物理试验采集单元内的实测数据同样经有限元网格模型计算处理后与物理试验加速度曲线采集单元相连接，而获得头部加速度曲线；CAE加速度曲线采集单元及物理试验加速度曲线采集单元输出端与对比单元相连接。通过对比可知本发明方法CAE得到的加速度与物理试验曲线趋势一致，通用，确定了本发明方法的可靠性。

Description

一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法

技术领域

本发明属于机动车辆材料检测技术领域，具体地说是一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法。

背景技术

据统计，全球每年的交通事故导致有120万人死亡，其中65％的交通事故都是人车碰撞事故。在美国、欧洲和日本，行人在交通事故中的死亡占到总交通死亡人数的11％～30％，在发展中国家，人车混行道路大量存在，与发达国家相比，行人交通事故率更高。我国的道路交通伤害死亡人数和死亡率居世界前列，公安部公布的统计数字显示，交通事故中弱势群体伤亡的比率达到63％。

据IHRA(InternationalHarmonisedResearchActivitiesCommittee)研究的数据表明，头部在整个行人身体伤害区域中占到了31.4％。在伤害指数AIS＝2-6的3305例中，与车辆直接碰撞有2790例，占到84％，其中头部有824例。对于头部的伤害来说，风挡玻璃、发动机舱盖、翼子板和A柱是发生碰撞最多的区域。

对于最基本的行人保护技术，主要涉及车身吸能材料的应用，如吸能保险杠、软性的引擎盖材料、大灯及附件无锐角等。整个碰撞过程由高速摄像设备记录下来以便慢速回放以再现，由电测量系统将布置在车内的传感器采集的数据进行整理，将整理得到的结果与标准进行对比，以考核被试车辆的碰撞性能。实际中，碰撞物理试验周期长，费用高，采集数据存在局限性。随着数值仿真技术的发展,通过仿真手段在设计阶段把握车辆的被动安全性能已成为改善车辆被动安全性的重要方法。

在行人保护建模过程中，设计部门一般无法提供包边胶和膨胀胶材料试验曲线，要想得到工程上能够使用的材料参数，只能凭借各种手段得到相关曲线，通常工程师对此比较困扰。传统方法是使用ls-dyna软件库中的材料124号可压缩塑性材料来模拟包边胶和膨胀胶，这种模拟方法对高速碰撞带来的影响也较小，但对行人保护头部影响较大，存在以下两个关键点：1、建模时无包边胶和膨胀胶材料参数，头部撞击点区域靠近包边胶和膨胀胶，影响头部伤害值结果，进而影响出口星级评定；2、高速碰撞分析计算容易不收敛，主要是能量曲线不守恒，需要花时间对结果进行调试，以上给工程师带来了很大的不便，同时增加了项目开发时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法，它包括有发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元及其保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元，发动机舱盖膨胀胶数据单元，其特征在于：所述发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元，发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元和发动机舱盖膨胀胶数据单元通过数据转换单元与数据转换单元输入端相连接，数据转换单元的输入端还连接有有限元网格模型；数据转换单元的输出端依次通过vip2文件转换单元，CAE模拟分析单元与CAE加速度曲线采集单元输入端相连接；物理试验采集单元内的实测数据同样经有限元网格模型计算处理后与物理试验加速度曲线采集单元相连接，而获得头部加速度曲线；CAE加速度曲线采集单元及物理试验加速度曲线采集单元输出端与对比单元相连接。

1)本发明的发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元：此单元由3D点及确认焊接钣金零件层数的CAD线组成；

2)本发明的发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的保护焊数据单元：此单元由确认保护焊长度的CAD线组成；

3)本发明的发动机舱盖包边胶数据单元：此单元由确认包边胶宽度的CAD平面组成；

4)本发明的发动机舱盖膨胀胶数据单元：此单元由确认膨胀胶宽度的CAD平面组成；

5)本发明的数据收集单元：收集1)、2)、3)、4)单元的钣金连接类型，给定至数据转换；

6)本发明的有限元网格模型：通过有限元前处理软件ANSA将CAD数据转换为网格模型；

7)本发明的数据转换单元：有限元前处理ANSA软件将数据收集单元中的数据转换为软件识别的connection格式，其中将焊点数据3D点转换为spotweld，保护焊CAD线转换为spotline，胶的CAD平面转换为adhesiveface，通过connectionmanager给定焊点的直径、保护焊的间隔及膨胀胶的宽度。同时引入6)中的有限元网格模型，通过CAE行人保护模型里的连接信息采集单元采集得到焊点、保护焊、包边胶和膨胀胶连接的零件编号；

8)本发明的vip2文件转换单元：将行人保护模型的连接信息采集单元采集得到的零件编号存储至vip2文件转换单元中，作为碰撞分析的输入；

9)本发明的CAE模拟分析单元：通过进行有限元计算处理，获得头部加速度曲线。

10)本发明的物理试验采集单元：按照9)中的方法进行物理试验，同样获得头部加速度曲线。

11)本发明的对比单元：将9)和10)中2条加速度曲线导入至HyperGraph2D中进行曲线的对比，反复调整发动机舱盖包边胶材料MAT1MAT_ELASTIC(1号弹性材料)的材料弹性模量，及发动机舱盖膨胀胶材料MAT124MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION(124号可压缩塑性材料)中的材料弹性模量、压缩时和伸长时的应力应变曲线，直到CAE加速度曲线与试验加速度曲线趋势一致为止，其精度完全可以应用在工程上。

通过对比可知本发明方法CAE得到的加速度与物理试验曲线趋势一致，通用，确定了本发明方法的可靠性。

本发明的优点是：1、所采用的材料参数简单，所使用ls-dyna软件中的MAT1MAT_ELASTIC(1号弹性材料)和MAT124MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION(124号可压缩塑性材料)两种材料，仿真与试验对标精度工程上完全可以接受；2、计算收敛性较高，只要是包边胶和膨胀胶均可通用，给工程师带来了较大的便利，极大的缩短了项目周期。

附图说明

图1为本发明的方框原理示意图；

图2为行人保护车型示意图；

图3为CAE与物理试验头部加速度曲线对比示意图；

图4为本发明试验验证操作的流程示意图。

附图标记说明：1为发动机舱盖，2为发动机舱盖包边胶，3为发动机舱盖膨胀胶，4为前风挡玻璃，5为前保险杠，6为翼子板，7为A柱，8为铰链。

下面将结合附图并通过实例，对本发明作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本发明的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实施例1

以下结合图1～4，通过具体实施方式详细说明本发明的内容：所述发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元，发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元和发动机舱盖膨胀胶数据单元通过数据转换单元与数据转换单元输入端相连接，数据转换单元的输入端还连接有有限元网格模型；数据转换单元的输出端依次通过vip2文件转换单元，CAE模拟分析单元与CAE加速度曲线采集单元输入端相连接；物理试验采集单元内的实测数据同样经有限元网格模型计算处理后与物理试验加速度曲线采集单元相连接，而获得头部加速度曲线；CAE加速度曲线采集单元及物理试验加速度曲线采集单元输出端与对比单元相连接。

如图2所示，本实例所涉及到的前车身结构主要包括：发动机舱盖1，发动机舱盖包边胶2，发动机舱盖膨胀胶3，前风挡玻璃4，前保险杠5，翼子板6，A柱7，铰链8。

1)发动机舱盖1、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃等焊点数据单元：此单元由3D点及确认焊接钣金零件层数的CAD线组成；

2)发动机舱盖1、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃4等焊点数据单元保护焊数据单元：此单元由确认保护焊长度的CAD线组成；

3)发动机舱盖包边胶2的数据单元：此单元由确认包边胶宽度的CAD平面组成；

4)发动机舱盖膨胀胶3的数据单元：此单元由确认膨胀胶宽度的CAD平面组成；

5)数据收集单元：收集1)、2)、3)、4)单元的钣金连接类型，给定至数据转换；

6)有限元网格模型：通过有限元前处理软件ANSA将CAD数据转换为网格模型；

7)数据转换单元：有限元前处理ANSA软件将数据收集单元中的数据转换为软件识别的connection格式，其中将焊点数据3D点转换为spotweld，保护焊CAD线转换为spotline，胶的CAD平面转换为adhesiveface，通过connectionmanager给定焊点的直径、保护焊的间隔及膨胀胶的宽度。同时引入6)中的有限元网格模型，通过CAE行人保护模型里的连接信息采集单元采集得到焊点、保护焊、包边胶和膨胀胶连接的零件编号；

8)vip2文件转换单元：将行人保护模型连接信息采集单元采集得到的零件编号存储至vip2文件转换单元中，作为碰撞分析的输入；

9)CAE模拟分析单元：通过进行有限元计算处理，获得头部加速度曲线。

①在ANSA前处理软件中搭建行人保护头部碰撞模型，分别赋予发盖包边胶材料使用行业软件ls-dyna中的MAT1MAT_ELASTIC(1号弹性材料)，发盖膨胀胶材料使用MAT124MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION(124号可压缩塑性材料)；

②头部模型的速度方向与全局坐标系的X轴夹角为65°，头部碰撞速度为40km/h；

③头部撞击发盖包边区域和发盖中间位置(带膨胀胶区域)，共选择代表性的2个碰撞点做分析；

④CAE行人保护模型调试，直到行人保护模型计算可以收敛，连接无问题，模型调试结束；

⑤通过读取④中的模拟结果，在商业后处理软件中读取结果binout文件，找到nodout中头部加速度的节点ID，形成了CAE加速度曲线采集单元中所获得头部加速度曲线；

10)物理试验采集单元：按照9)中的方法进行物理试验，同样获得头部加速度曲线。

①用商业后处理软件处理物理试验头部加速度曲线；

②截取①中的头部加速度曲线，只保留0至30ms内的加速度曲线。

11)对比单元：将9)和10)中2条加速度曲线导入至后处理软件HyperGraph2D中进行曲线的对比(如图3所示)；

①反复调整发动机舱盖包边胶材料MAT1MAT_ELASTIC(1号弹性材料)的材料弹性模量，直到CAE加速度曲线与物理试验加速度曲线趋势一致；

②反复调整发动机舱盖膨胀胶材料MAT124MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION(124号可压缩塑性材料)中的材料弹性模量、压缩时和伸长时的应力应变曲线，直到CAE加速度曲线与试验加速度曲线趋势一致为止，其精度完全可以应用在工程上。

Claims (8)

1.一种CAE行人保护头部碰撞中包边胶和膨胀胶材料的检测方法，它包括有发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元及其保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元，发动机舱盖膨胀胶数据单元，其特征在于：所述发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元，发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的保护焊数据单元，发动机舱盖包边胶数据单元和发动机舱盖膨胀胶数据单元通过数据转换单元与数据转换单元输入端相连接，数据转换单元的输入端还连接有有限元网格模型；数据转换单元的输出端依次通过vip2文件转换单元，CAE模拟分析单元与CAE加速度曲线采集单元输入端相连接；物理试验采集单元内的实测数据同样经有限元网格模型计算处理后与物理试验加速度曲线采集单元相连接，而获得头部加速度曲线；CAE加速度曲线采集单元及物理试验加速度曲线采集单元输出端与对比单元相连接。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的焊点数据单元是由3D点及确认焊接钣金零件层数的CAD线组成。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的发动机舱盖、白车身、保险杠蒙皮、发动机、散热器、前风挡玻璃的保护焊数据单元是由确认保护焊长度的CAD线组成。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的发动机舱盖包边胶数据单元是由确认包边胶宽度的CAD平面组成。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的发动机舱盖膨胀胶数据单元是由确认膨胀胶宽度的CAD平面组成。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的有限元网格模型是指通过有限元前处理软件ANSA将钣金CAD数据转换为网格模型。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的数据转换单元是指，有限元前处理ANSA软件将数据收集单元中的数据转换为软件识别的connection格式，其中将焊点数据3D点转换为spotweld，保护焊CAD线转换为spotline，胶的CAD平面转换为adhesiveface，通过connectionmanager给定焊点的直径、保护焊的间隔及膨胀胶的宽度。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的CAE模拟分析单元是指通过进行有限元计算处理，获得头部加速度曲线。