CN105975682B - 在汽车碰撞中采用sph技术完成水马建模的方法 - Google Patents

Abstract

在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，水马自身采用三维shell薄壳单元进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；对内腔空间采用等间距的粒子完成水介质的填充，由于水马内腔是一个不规则体，生成是要保持粒子的初始光滑长度尽量一致，以防止后续个别粒子失速；粒子与shell单元之间采用点面接触，为保持接触的稳定性，应根据粒子的间隙进行一定的参数调整；水马个体完成后，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SPH技术完成水马建模的方法

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SPH技术完成水马建模的方法。

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。

盛水的多孔水马是道路交通中常见的防撞和隔离设施，在车辆碰撞中属于典型的单车事故。在对车辆碰撞水马的仿真中，水是不能忽略的部分，不仅提供了必要的质量和必要的刚度，尤其是水在低速碰撞过程中的剧烈晃动对车辆的加速度也有明显的影响。在车辆高速碰撞时，水马的破损，导致水的溢出以及带来的质量和刚度的巨大变化更是不能忽略的。而对于水的模拟，如果采用欧拉空间给予描述，无论是采用Euler法还是ALE法都存在描述空间庞大且未知和计算量过大的问题。

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SPH技术完成水马建模的方法，该方法完整地表达了腔内介质，水的运动轨迹及其力学行为，大大提高了碰撞事件的真实性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，具体步骤如下：

S1.水马自身进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；

S2.采用SPH技术填充水马内腔介质；

S3.水马个体完成后，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，水马自身采用三维shell薄壳单元分网进行离散。

进一步的，步骤S2采用等间距的SPH粒子模拟水，填充水马腔内的空间。

进一步的，采用SPH粒子填充腔内80％-85％的空间。

进一步的，填充SPH粒子时保持SPH粒子的初始光滑长度尽量一致，以防止后续个别粒子失速。

进一步的，在SPH粒子填充时保证SPH粒子与FEM边界的间隙尽量闭合。

进一步的，SPH粒子与shell薄壳单元之间采用点面罚函数接触。

进一步的，根据粒子的间隙采用试参法进行参数调整。

作为更进一步的，所述的参数为接触参数、光滑长度的缩放因子、阻尼、搜索范围的区域大小，应力修正的方式等。

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、本方法完整地表达了水马腔内介质，水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、对粒子光滑长度的有效控制，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为水马的shell有限元模型；

图3为水马内腔介质水的填充以及接触边界的处理后示意图；

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

本申请主要针对CAE车辆碰撞仿真中的被撞物之一：多孔水马，其腔内介质(一般是水)在受到撞击后出现剧烈的晃动甚至在水马出现破损时溢出的极端情况。本发明采用了SPH技术，并针对性地形成并完善了粒子生成规则，粒子与有限元模型接触规则，逐步建立了企业规范，提高了车辆碰撞后车体加速度响应等特征值数据的精确性，提高了零部件在定损评估中的可靠性。现有技术中无论是采用Euler法还是ALE法都存在描述空间庞大且未知和计算量过大的问题，而SPH在此问题上就表现出一定的优势，作为拉格朗日质点，物质的运动得以完备描述。作为无网格技术的一种，SPH也不存在网格的依赖性，因此比较适宜描述碰撞中内腔水的运动。

采用SPH技术模拟整车碰撞的主要技术问题在于边界处理、求解稳定性以及求解时间的控制上。对填充空间三个方向均衡考虑，采用统一间隙进行填充，保证主要边界上的间隙闭合，增强接触的稳定性，同时控制光滑长度及分块搜索区域范围，在减少求解时长的同时保证计算精度。

在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，具体步骤如下：

S1.水马自身采用三维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SPH技术填充水马内腔介质：采用等间距的SPH粒子模拟水，填充水马腔内的80％-85％的空间，填充SPH粒子时保持SPH粒子的初始光滑长度尽量一致，以防止后续个别粒子失速，且在粒子填充时要求保证粒子与FEM边界的间隙尽量闭合，保持接触的稳定性，建立有效的接触边界；SPH粒子与shell薄壳单元之间采用点面罚函数接触，根据SPH粒子的间隙采用试参法进行参数调整，所述的参数为接触参数、光滑长度的缩放因子、阻尼、搜索范围的区域大小，应力修正的方式等。

S3.水马个体完成后，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。

水马自身采用三维shell薄壳单元进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；对内腔空间采用等间距的粒子完成水介质的填充，由于水马内腔是一个不规则体，生成是要保持粒子的初始光滑长度尽量一致，以防止后续个别粒子失速；粒子与shell单元之间采用点面接触，需要注意的是，为保持接触的稳定性，应根据粒子的间隙进行一定的参数调整；水马个体完成后，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。

本申请对于不规则内腔的粒子生成采取了等间距的填充方式，即填充过程中均衡三个正交方向上的边界，统一填充，以保证光滑长度的稳定性；对于SPH粒子与FEM模型的接触采用通用的罚函数方法，在粒子填充时要求保证粒子与FEM边界的间隙尽量闭合，保持接触的稳定性；整车碰撞中采取对光滑长度的控制以及分块搜索的范围大小以控制求解时间。

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 (1)

1.在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1.水马自身进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；

S2.采用SPH技术填充水马内腔介质；

S3.水马个体完成后，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；

水马自身采用三维shell薄壳单元分网进行离散；步骤S2采用等间距的SPH粒子模拟水，填充水马腔内的空间,填充过程中均衡三个正交方向上的边界，统一填充；采用SPH粒子填充腔内80％-85％的空间；填充SPH粒子时保持SPH粒子的初始光滑长度一致，以防止后续个别粒子失速；在SPH粒子填充时保证SPH粒子与FEM边界的间隙闭合；SPH粒子与shell薄壳单元之间采用点面罚函数接触；

根据SPH粒子的间隙采用试参法进行参数调整；

所述的参数为接触参数、光滑长度的缩放因子、阻尼、搜索范围的区域大小，应力修正的方式；

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。