CN105956266A - 在汽车碰撞中采用dem完成防撞桶建模的方法 - Google Patents

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Abstract

在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，防撞桶自身采用三维shell薄壳单元进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；对内腔空间采用适宜半径尺寸的颗粒，给定适宜的刚度和阻尼参数，以保证计算步长和计算精度与FEM模型的统一性；颗粒与shell单元之间采用通用的罚函数接触，为保持接触的稳定性，需要在颗粒边界留出适宜的间隙以保证接触厚度；防撞桶个体完成后，引入车辆有限元模型，进行整车碰撞分析，即可提高分析的精度，给出更真实的碰撞结果。

Description

在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法
技术领域
本发明属于汽车碰撞建模领域，具体说是一种在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法。
背景技术
CAE技术在汽车行业的应用已日渐完善，从汽车零部件设计到整车性能分析；从汽车结构刚强度到内外流场分析；从传统材料的使用到新型材料的轻量化要求，CAE技术均发挥着巨大的指导作用。尤其在汽车碰撞领域，CAE分析已形成了成熟的NCAP等一系列规范，在车辆碰撞事件中给予了详细的分析指导。然而现阶段车辆碰撞事件CAE仿真中，是以FEM为主的。FEM虽然具有高效、稳定、高精确度的优点，也存在一些无法避免的缺陷，如较高的网格依赖性等。
装有泥沙的防撞桶是道路交通中常见的防撞设施，在车辆碰撞中属于典型的单车事故。在对车辆撞击防撞桶的仿真过程中，泥沙是不能忽略的部分，其不仅提供了必要的质量和必要的刚度，而泥沙在低速碰撞中的晃动对车辆的加速度响应也有明显的影响。尤其在车辆高速碰撞时，防撞桶的破损，导致泥沙流出带来的质量和刚度的巨大变化，以及泥沙影响路况，造成车辆的二次事故，更是不能忽略的。由于泥沙具有较强的非连续性介质特点，如果采用FEM无法真实表达泥沙颗粒的运动轨迹和力学行为。
发明内容
针对现有技术存在上述缺点或者不足，本发明提供了一种在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，不仅物质的运动得以完整描述，作为一种无网格技术，DEM也不存在网格的依赖性，即便被撞后散落地面，仍能进一步表达对车轮行驶带来的二次事故影响。
为实现上述目的，本发明的技术方案是，在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，具体步骤如下：
S1.防撞桶自身进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；
S2.采用DEM技术填充内腔介质；
S3.引入整车模型，完成碰撞前处理；
S4.对整车碰撞进行仿真分析：如参数合理说明车辆运行轨迹、零部件损伤情况、被撞物的破坏状态与实测结果基本一致；如参数不合理则调整参数设置。
进一步的，防撞桶自身采用三维shell薄壳单元分网进行离散。
进一步的，采用DEM颗粒模拟泥沙，填充腔内的空间。
进一步的，采用DEM颗粒填充腔内80％-85％的空间。
进一步的，通过试参法和对标确定DEM颗粒合适半径尺寸和参数。
进一步的，采用罚函数设置指定颗粒与有限元FEM模型的接触。
进一步的，在DEM颗粒边界留出间隙以保证接触厚度。
作为更进一步的，对于不规则内腔的离散颗粒生成时，将防撞桶进行两层建模，外层是桶，内层是桶里介质以描述介质的边界，填充时按内层实际填充空间。
作为更进一步的，填充后将内层删除。
作为更进一步的，步骤S4中如果参数不合理，根据碰撞结果与试验结果的差异程度，来找到引起差异的原因，采用试参法等方法进行标定。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、完整地表达了腔内介质颗粒，泥沙的运动轨迹及其力学行为，大大提高了碰撞事件的真实性；
2、提高了车辆加速度响应等特征值的数据精确性，以提高定损评估中的可靠性；
3、对介质颗粒大小及刚度的有效控制，在保证计算精度的同时降低计算时间，较其他方法有比较明显的优势。
附图说明
本发明共有附图5幅：
图1为本发明流程框图；
图2为防撞桶的shell有限元模型；
图3为内腔介质颗粒的填充以及接触边界的处理后的示意图；
图4为引入整车模型后的示意图；
图5为整车碰撞仿真分析示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
DEM是由Cundall提出的一种离散元方法，在解决非连续介质问题上有明显的技术优势。在实际工程应用中，以三维球体单元模拟离散颗粒较为常见，颗粒之间的界面力主要包括接触力、滚动力矩、阻尼力以及粘连时的粘结力。在采用DEM技术模拟整车碰撞时，以单个防撞桶为例，给出一般的分析过程：
在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，具体步骤如下：
S1.防撞桶自身采用三维shell薄壳单元分网进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；
S2.采用DEM技术填充内腔介质：采用DEM颗粒模拟泥沙，填充腔内80％-85％的空间，通过试参法和对标确定DEM颗粒合适半径尺寸和参数，并采用罚函数设置指定颗粒与有限元FEM模型的接触，在DEM颗粒边界留出间隙以保证接触厚度
S3.引入整车模型，完成碰撞前处理；
S4.对整车碰撞进行仿真分析：如参数合理说明车辆运行轨迹、零部件损伤情况、被撞物的破坏状态与实测结果基本一致；如果参数不合理，根据碰撞结果与试验结果的差异程度，来找到引起差异的原因，采用试参法等方法进行标定。
对于不规则内腔的离散颗粒生成时，将防撞桶进行两层建模，外层是桶，内层是桶里介质以描述介质的边界，填充时按内层实际填充空间，填充后将内层删除。
防撞桶自身采用三维shell薄壳单元进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；对内腔空间采用适宜半径尺寸的颗粒，给定适宜的刚度和阻尼参数，以保证计算步长和计算精度与FEM模型的统一性；颗粒与shell单元之间采用通用的罚函数接触，为保持接触的稳定性，需要在颗粒边界留出适宜的间隙以保证接触厚度；防撞桶个体完成后，引入车辆有限元模型，进行整车碰撞分析，即可提高分析的精度，给出更真实的碰撞结果。整车碰撞中采取对颗粒大小以及刚度、阻尼系数的控制，在保证求解精度的前提下来控制求解时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1.防撞桶自身进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；
S2.采用DEM技术填充内腔介质；
S3.引入整车模型，完成碰撞前处理；
S4.对整车碰撞进行仿真分析：如参数合理说明车辆运行轨迹、零部件损伤情况、被撞物的破坏状态与实测结果一致；如参数不合理则调整参数设置。
2.根据权利要求1所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，防撞桶自身采用三维shell薄壳单元分网进行离散。
3.根据权利要求1所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用DEM颗粒模拟泥沙，填充腔内的空间。
4.根据权利要求3所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用DEM颗粒填充腔内80％-85％的空间。
5.根据权利要求3或4所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，通过试参法和对标确定DEM颗粒半径尺寸和参数。
6.根据权利要求5所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用罚函数设置指定颗粒与有限元FEM模型的接触。
7.根据权利要求5所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，在DEM颗粒边界留出间隙以保证接触厚度。
8.根据权利要求1所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，对于不规则内腔的离散颗粒生成时，将防撞桶进行两层建模，外层是桶，内层是桶里介质以描述介质的边界，填充时按内层实际填充空间。
9.根据权利要求8所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，填充后将内层删除。
10.根据权利要求1所述的在汽车碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，步骤S4中如果参数不合理，根据碰撞结果与试验结果的差异程度，来找到引起差异的原因，采用试参法方法进行标定。
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