CN107609215A - 一种车身前纵梁测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车身前纵梁测试方法，首先针对所设计的车身前纵梁进行落锤轴向压溃试验进而获得实际试验数据，进而利用实际试验数据建立相关的有限元模型，利用有限元模型进行车身前纵梁的仿真分析并进行修正，将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。本发明采用仿真运算替代大量的实际试验，利用仿真运算可重复、便于改进、获取结果速度快等优势，节省了实际试验中所消耗的大量投入并缩短了研发时间。同时，利用仿真分析结果与实际的落锤轴向压溃试验结果的对比，对车身前纵梁有限元模型进行修正，保证了仿真计算结果的准确性。

Description

一种车身前纵梁测试方法

技术领域

本发明涉及汽车设计测试领域，特别涉及一种车身前纵梁测试方法。

背景技术

现有汽车的钢制车身采用传统冲压件焊接技术。在汽车安全保障方面，利用车身前纵梁的轴向压溃变形的设计，以有效地吸收冲击过程中的动能，避免对车内成员造成过大的冲击。现有的这种冲压件焊接技术，其方法成熟，应用广泛。

为了节能降耗的目的，近年来，汽车产业正在发生着新的变化，并具有新的创新出现。其中的一个发展方向，就是降低整车质量，以减少消耗，特别地，随着电动汽车的普及，降低整车质量更加成为延长电动汽车行驶里程的技术突破点之一。

对于降低整车质量而言，采用轻型材料替代钢制车身是一个主要发展。其中，铝制车身是现在乃至未来汽车行业发展的方向。对于铝制车身而言，由于铝制和钢制材料的物理属性的不同，导致了二者在强度、可焊接度等方面的不同，使得传统的冲压件焊接技术无法应用于铝制车身，同时，抗冲撞方面的设计也需要从头开始。

其中，纯铝车身前部的用于吸能的车身前纵梁在保障车辆行驶安全方面具有重要作用，但是由于铝型材在高速应变下的硬化和失效问题，使得传统的冲压件焊接技术制造的钢制车身前纵梁的技术已经不能适用于纯铝车身的设计和制造。同时，车身前纵梁还需要与整车一同进行车身碰撞性能方面的测试，以取得车身碰撞安全要求的设计结果，进而才能进行采用以实现车辆的量产，但对于汽车研发投入和研发周期而言，大量的设计、制造、测试将极大地提高汽车研发投入并延长研发周期。进而，纯铝车身中，车身前纵梁的设计和测试就对本领域研发技术人员提出了新的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种车身前纵梁测试方法，以适用于铝型材的车身前纵梁，进而在不降低车身前纵梁设计质量的同时降低研发投入并缩短研发时间。

本发明提供了一种车身前纵梁测试方法，包括：

针对所设计的车身前纵梁，进行落锤轴向压溃试验；

建立车身前纵梁有限元模型，并进行落锤轴向压溃仿真分析；

利用所述落锤轴向压溃仿真分析的结果与所述落锤轴向压溃试验的结果之间的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正；

将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。

进一步，所述落锤轴向压溃仿真分析的结果和所述落锤轴向压溃试验的结果包括：

落锤竖向位移随时间变化曲线、落锤竖向速度随时间变化曲线、底座反力随时间变化曲线、落锤动能随落锤位移变化曲线。

进一步，所述落锤轴向压溃试验中：

设置落锤与所述车身前纵梁接触时的初始速度，通过配置落锤的质量来设置接触时所述落锤的动能。

进一步，所述落锤轴向压溃试验仿真分析包括：

建立落锤有限元模型和底座有限元模型；

在落锤有限元模型和车身前纵梁有限元模型之间，设置面面接触；

在车身前纵梁有限元模型和底座有限元模型之间，设置面面接触；

设置车身前纵梁有限元模型的自接触；

根据吸能效果的评价标准进行有限元仿真，并输出仿真分析结果。

进一步，所述车身前纵梁为铝型材，所述车身为铝型材。

从上述方案可以看出，本发明的车身前纵梁测试方法，首先针对所设计的车身前纵梁进行落锤轴向压溃试验进而获得实际试验数据，进而利用实际试验数据建立相关的有限元模型，利用有限元模型进行车身前纵梁的仿真分析并进行修正，将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。可以看出，本发明从实际试验数据验证有限元模型进而利用仿真运算验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求，采用仿真运算替代大量的实际试验，利用仿真运算可重复、便于改进、获取结果速度快等优势，节省了实际试验中所消耗的大量投入并缩短了研发时间。同时，本发明利用仿真分析结果与实际的落锤轴向压溃试验结果的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正，从而保证了仿真计算结果的准确性。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明的车身前纵梁测试方法流程图；

图2为本发明的一个具体实施例的流程图；

图3A为本发明实施例中的落锤竖向位移随时间变化曲线的对比示意图；

图3B为本发明实施例中的落锤竖向速度随时间变化曲线的对比示意图；

图3C为本发明实施例中的底座反力随时间变化曲线的对比示意图；

图3D为本发明实施例中的落锤动能随落锤位移变化曲线的对比示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

如图1所示，本发明的车身前纵梁测试方法，包括：

针对所设计的车身前纵梁，进行落锤轴向压溃试验；

建立车身前纵梁有限元模型，并进行落锤轴向压溃仿真分析；

利用所述落锤轴向压溃仿真分析的结果与所述落锤轴向压溃试验的结果之间的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正；

将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。

其中，车身前纵梁的材料为铝型材，其所应用的汽车车身为铝型材制造。

本发明的方法中，对所述车身前纵梁有限元模型进行落锤轴向压溃试验仿真分析，并在将所述车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算之前，利用所述仿真分析结果与所述落锤轴向压溃试验结果的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正，进而保证了车身前纵梁有限元模型在仿真运算中的准确性，使得仿真运算更符合或接近于实际试验的结果。

以下结合图2所示的一个具体实施例流程，对本发明的车身前纵梁测试方法进行说明。

步骤1、根据所设计的铝型材汽车车身，制造其中的车身前纵梁试验样件，该试验样件为铝型材材料制造。

步骤2、对所述车身前纵梁试验样件进行落锤轴向压溃试验。

在所述落锤轴向压溃试验中，通过设置落锤高度和弹簧辅助装置设置落锤与样件(车身前纵梁接触)接触时的初始速度，通过配置落锤的质量来设置接触时所述落锤的动能。

在本步骤2中，是基于铝型材车身前纵梁试验样件的基本形状和尺寸进行试验。落锤轴向压溃试验结果主要包括落锤竖向位移随时间变化曲线、落锤竖向速度随时间变化曲线、底座反力随时间变化曲线、落锤动能随落锤位移变化曲线。

铝型材车身中各部分基本均属于薄壁结构件，其中，车身前纵梁就属于这种薄壁结构件。由于薄壁结构件的压溃吸能机制比较复杂，吸能特性的影响因素众多，因此，需要进行大量的试验测试，这样将导致试验周期延长、增加研发成本，并且试验测试的可重复性差。因此，本发明实施例中，利用计算机技术，对铝合金材料薄壁结构进行建模仿真，研究其耐撞性及压溃吸能特性，这对于辅助压溃吸能试验及结构设计具有重要意义。

步骤3、建立车身前纵梁有限元模型，并进行落锤轴向压溃仿真分析。

本步骤3中，车身前纵梁有限元模型依据所设计的车身前纵梁进行建立，车身前纵梁有限元模型的尺寸和结构与所设计的车身前纵梁一致。进行落锤轴向压溃仿真分析中，还需要建立落锤有限元模型和底座有限元模型，其中，落锤有限元模型的尺寸和结构与落锤轴向压溃试验的试验台中所使用的落锤的尺寸和结构相一致，底座有限元模型的尺寸和结构与落锤轴向压溃试验的试验台中所使用的底座的尺寸和结构相一致，并且，建立的有限元模型中还需输入相应的材料本构参数。

本步骤3中，在落锤有限元模型和车身前纵梁有限元模型之间，设置面面接触，以防止在仿真分析过程，变形过程中落锤有限元模型和车身前纵梁有限元模型两部分发生穿透；在车身前纵梁有限元模型和底座有限元模型之间，设置面面接触，以防止在仿真分析过程，车身前纵梁有限元模型和底座有限元模型两部分发生穿透；同时，还设置车身前纵梁有限元模型的自接触，以防止车身前纵梁有限元模型的内外管壁自身穿透。仿真分析过程中，对有限元模型进行网格划分及位移和能量等各种场变量输出，根据吸能效果的评价标准进行有限元仿真，并输出仿真分析结果。

步骤4、利用所述落锤轴向压溃仿真分析的结果与所述落锤轴向压溃试验的结果之间的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正。

本实施例中，仿真分析的结果和试验的结果包括落锤竖向位移随时间变化曲线、落锤竖向速度随时间变化曲线、底座反力随时间变化曲线、能量随位移变化曲线。需要说明的是，仿真分析的结果和试验的结果不仅局限于上述几种，在本发明实施例的启示下，还可以利用其它结果进行对比。

作为具体实施例，图3A示出了一种落锤竖向位移随时间变化曲线的对比示意图，图3B示出了一种落锤竖向速度随时间变化曲线的对比示意图，图3C示出了一种底座反力随时间变化曲线的对比示意图，图3D示出了一种能量随位移变化曲线的对比示意图。在仿真分析和实际试验数据之间可能存在差异，如图3A至图3D的附图中，实验值与计算值并非全程均是吻合的，这就需要对仿真分析中的有限元模型中的参数进行修正。经过修正后，再进行仿真分析，输出的仿真结果再次与落锤轴向压溃试验的结果进行对比，如果差异仍然较大，则还需要再次对各个限元模型中的参数进行修正。

进行步骤3中的落锤轴向压溃仿真分析，并将仿真分析结果与试验结果进行比对，根据比对结果修正仿真分析中的有限元模型。修正后，再次进行仿真、比对、修正的过程，直到仿真结果非常接近试验结果。可以通过诸如设定误差阈值的方式，当仿真结果与试验结果之间的差异小于误差阈值，即可认定仿真结果能够反应实际试验结果。当仿真结果能够反应实际试验结果后，便可将该仿真结果所对应的车身前纵梁有限元模型作为最终所要使用的能够反应实际试验结果的车身前纵梁有限元模型，以进行下一步应用。

步骤5、将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。

由于步骤4中所获得的车身前纵梁有限元模型能够反应实际试验结果，因此，采用该车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，能够获得可靠的接近于实际碰撞试验的真实结果。通过这种方式，可以节省试验的成本并且缩短研发周期，并且结果也很可靠。

经过步骤5之后，可能获得的结果中，所述车身前纵梁在整车结构中并不符合吸能要求，这就表明了在车身前纵梁的设计上，可能存在缺陷，此时，需要对车身前纵梁进行重新的设计。重新设计后的车身前纵梁再次利用本发明实施例的方法进行测试，以验证新的设计是否符合碰撞吸能要求。当所述车身前纵梁在整车结构中符合吸能要求后，便可应用于整车试验，以在真实环境中测试车身前纵梁在整车结构中的吸能效果。

本发明的车身前纵梁测试方法，首先针对所设计的车身前纵梁进行落锤轴向压溃试验进而获得实际试验数据，进而利用实际试验数据建立相关的有限元模型，利用有限元模型进行车身前纵梁的仿真分析并进行修正，将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。可以看出，本发明从实际试验数据验证有限元模型进而利用仿真运算验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求，采用仿真运算替代大量的实际试验，利用仿真运算可重复、便于改进、获取结果速度快等优势，节省了实际试验中所消耗的大量投入并缩短了研发时间。同时，本发明利用仿真分析结果与实际的落锤轴向压溃试验结果的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正，从而保证了仿真计算结果的准确性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车身前纵梁测试方法，包括：

针对所设计的车身前纵梁，进行落锤轴向压溃试验；

建立车身前纵梁有限元模型，并进行落锤轴向压溃仿真分析；

利用所述落锤轴向压溃仿真分析的结果与所述落锤轴向压溃试验的结果之间的对比，对所述车身前纵梁有限元模型进行修正；

将修正后的车身前纵梁有限元模型应用于整车碰撞仿真运算，以验证所述车身前纵梁在整车结构中是否符合吸能要求。

2.根据权利要求1所述的车身前纵梁测试方法，其特征在于，所述落锤轴向压溃仿真分析的结果和所述落锤轴向压溃试验的结果包括：

落锤竖向位移随时间变化曲线、落锤竖向速度随时间变化曲线、底座反力随时间变化曲线、落锤动能随落锤位移变化曲线。

3.根据权利要求1所述的车身前纵梁测试方法，其特征在于，所述落锤轴向压溃试验中：

设置落锤与所述车身前纵梁接触时的初始速度，通过配置落锤的质量来设置接触时所述落锤的动能。

4.根据权利要求1所述的车身前纵梁测试方法，其特征在于，所述落锤轴向压溃试验仿真分析包括：

建立落锤有限元模型和底座有限元模型；

在落锤有限元模型和车身前纵梁有限元模型之间，设置面面接触；

在车身前纵梁有限元模型和底座有限元模型之间，设置面面接触；

设置车身前纵梁有限元模型的自接触；

根据吸能效果的评价标准进行有限元仿真，并输出仿真分析结果。

5.根据权利要求1至4任一项所述的车身前纵梁测试方法，其特征在于：

所述车身前纵梁为铝型材，所述车身为铝型材。