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Abstract

一种整车正面碰撞模拟悬置及其失效的方法，第一步，悬置失效力输入，通过碰撞试验输出或悬置工程师提供金属铸件悬臂在高速冲击下的剪切失效力和脱拔力，钣金件抗拉应变由材料拉伸试验所得，第二步，悬置失效模型搭建，悬置的套筒和第一安装支架、第二安装支架使用壳单元，将悬置模型进行连接，套筒与橡胶节点耦合，根据输入的失效力，将搭建好的悬置失效模型通过Bolt分别连接到车身和动力总成系统，搭建完整的整车正面碰撞模型，第三步，调试模型，调试、计算、分析并对结果进行后处理，输出关键曲线、图片和动画。本发明采用橡胶(MAT7 MAT‑BLATZ‑KO‑RUBBER)材料可以有效的改善悬置受到正面高速冲击时的失效问题，更能反映真实的碰撞过程。

Description

一种整车正面碰撞模拟悬置及其失效的方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助工程(CAE)技术领域，尤其是一种整车正面碰撞模拟悬置及其失效的方法。
背景技术
汽车的被动安全性是汽车开发过程中必不可少的环节，随着数值仿真技术的发展，采用计算机辅助工程即CAE仿真手段模拟整车碰撞成为改善汽车被动安全的重要方法，同时也解决了碰撞物理试验成本高、周期长的问题。整车碰撞模型由多个总成系统组成，在碰撞分析过程中，各系统零部件根据材料属性和相互之间的接触关系发生变形和运动。动力总成作为较大质量和刚度的系统，对整车加速度和前围侵入量影响最为明显。能否正确模拟动力总成系统在碰撞过程中的运动行为，决定了碰撞仿真分析的真实性。
悬置为动力总成和车身的连接装置，起到支撑和缓冲作用。汽车上常用的橡胶悬置，一般由金属铸件悬臂、橡胶、套筒和安装支架组成，在受到正面高速冲击时悬置会出现失效行为:a.脆性铸件受X剪切力而失效，b.悬臂受Y向脱拔力而失效，c.钣金撕裂失效。悬置失效会影响动力总成在碰撞过程中的运动行为，而传统建模方法往往会忽略悬置受到冲击而失效的问题，导致仿真结果与试验结果差别较大，不能反应真实的碰撞过程。
所以，就需设计一种与传统方法不同的可以解决碰撞试验成本高、周期长等问题的整车正面碰撞CAE模型中模拟动力总成橡胶悬置失效的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种根据悬置的不同失效形式设置失效准则，建立有限元模型，得到准确的动力总成运动行为的整车正面碰撞CAE模型中模拟动力总成橡胶悬置失效的方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种整车正面碰撞模拟悬置，包括套筒，还包括套在所述套筒中的金属铸件悬臂，在所述套筒的下部设有第二安装支架，与所述金属铸件悬臂相固定的设有第一安装支架，所述第一安装支架和所述第二安装支架的端部均设置有车身侧安装孔。
优选的，所述的套筒和金属铸件悬臂之间固定介质为橡胶。
优选的，所述的金属铸件悬臂上设置有动力总成侧安装孔。
优选的，所述的动力总成侧安装孔的数量为2个，所述的车身侧安装孔的数量为3个。
一种整车正面碰撞模拟悬置失效的方法：
第一步，悬置失效力输入：通过碰撞试验输出或悬置工程师提供金属铸件悬臂在高速冲击下的剪切失效力和脱拔力，钣金件抗拉应变由材料拉伸试验所得；
第二步，悬置失效模型搭建：悬置的套筒和第一安装支架、第二安装支架使用壳单元，赋予实际材料属性和厚度，橡胶使用实体单元，并进行包壳处理，厚度根据金属铸件悬臂实际重量进行设置，将悬置模型进行连接，第一安装支架、第二安装支架与套筒采用点焊梁(Spotweld BEAM)弧焊单元连接，套筒与橡胶节点耦合，根据输入的失效力，使用点焊梁(Spotweld BEAM)单元分别模拟悬臂剪切失效和脱拔失效，钣金件设置抗压应变失效，将搭建好的悬置失效模型通过螺钉(Bolt)分别连接到车身和动力总成系统，搭建完整的整车正面碰撞模型；
第三步，调试模型：调试、计算、分析并对结果进行后处理，评估悬置失效和动力总成运动状态是否合理，输出关键曲线、图片和动画。
优选的，所述的第二步中设置失效的具体方法如下：
a、将悬臂局部断开，用刚体-点焊梁-刚体(RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGIDBODY)将断开两部分连接，梁(BEAM)单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系X轴垂直，保证剪切力方向与实际承受力的方向一致，并根据输入的悬臂剪切失效力设置失效准则，模拟悬臂剪切失效，当实际冲击力大于剪切失效力时，悬臂失效；反之，则不失效；
b、悬臂边缘与内套筒使用刚体-点焊梁-刚体(RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGIDBODY)连接，梁(BEAM)单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系Y轴平行，保证脱拔力方向与实际承受力的方向一致，并根据输入的使悬臂从橡胶套筒内脱出的脱拔力设置失效准则，模拟悬臂脱拔失效，当悬臂受到的Y向力大于脱拔失效力时，悬臂脱出失效；反之，则不失效；
c、根据输入的钣金材料属性，设置抗拉应变失效。
优选的，所述的第二步中的橡胶本体赋予橡胶(MAT7MAT-BLATZ-KO-RUBBER)材料，包壳厚度为0.1mm，材料为流体(MAT9MAT_NULL)，所述的金属铸件悬臂赋予金属(MAT1MAT_ELASTIC)材料。
本发明的优点和积极效果是：
本发明采用橡胶(MAT7MAT-BLATZ-KO-RUBBER)材料和CAE仿真的手段可以有效的改善悬置受到正面高速冲击时的失效问题，如脆性铸件受X剪切力而失效，悬臂受Y向脱拔力而失效和钣金撕裂失效等，这样，做出的仿真结果与实际试验结果的误差也会减小，更能反映真实的碰撞过程，也能对真实的情况进行分析处理。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明的橡胶悬置结构的示意图；
图3是本发明的橡胶悬置失效的CAE模型；
图4是本发明的悬臂剪切失效模型示意图；
图5是本发明的悬臂脱拔失效模型示意图。
图中：1、金属铸件悬臂；2、橡胶；3、套筒；4、第一安装支架；5、动力总成侧安装孔；6、车身侧安装孔；7、第二安装支架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
如图2所示，本发明所述的一种整车正面碰撞CAE模型中模拟动力的总成橡胶悬置，包括套筒3，还包括套在所述套筒3中的金属铸件悬臂1，所述的套筒3和金属铸件悬臂1之间固定介质为橡胶2。在所述套筒3的下部设有第二安装支架7，与所述金属铸件悬臂1相固定的设有第一安装支架4，所述第一安装支架4和所述第二安装支架7的端部均设置有车身侧安装孔6。所述的金属铸件悬臂1上设置有动力总成侧安装孔5，所述的动力总成侧安装孔5的数量为2个，所述的金属铸件悬臂1通过动力总成侧安装孔5固定安装在汽车动力总成上，所述的车身侧安装孔6的数量为3个，所述的第一安装支架4和第二安装支架7通过车身侧安装孔6来固定连接汽车车身。
如图1所示，本发明所述的一种整车正面碰撞模拟悬置及其失效的方法如下：
第一步，悬置失效力输入：通过碰撞试验输出或悬置工程师提供金属铸件悬臂1在高速冲击下的剪切失效力和脱拔力，钣金件抗拉应变由材料拉伸试验所得；
第二步，悬置失效模型搭建：悬置的套筒3和第一安装支架4、第二安装支架7使用壳单元，赋予实际材料属性和厚度，橡胶2使用实体单元，并进行包壳处理，橡胶2本体赋予橡胶(MAT7MAT-BLATZ-KO-RUBBER)材料，包壳厚度为0.1mm，材料为流体(MAT9MAT_NULL)，金属铸件悬臂1赋予金属(MAT1MAT_ELASTIC)材料，厚度根据金属铸件悬臂1实际重量进行设置，将悬置模型进行连接，第一安装支架4、第二安装支架7与套筒3采用Spotweld BEAM弧焊单元连接，套筒3与橡胶2节点耦合，根据输入的失效力，使用Spotweld BEAM单元分别模拟悬臂剪切失效和脱拔失效，钣金件设置抗压应变失效，将搭建好的悬置失效模型通过Bolt分别连接到车身和动力总成系统，搭建完整的整车正面碰撞模型，设置失效的具体方法如下：
a、将悬臂局部断开，用RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGID BODY将断开两部分连接，BEAM单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系X轴垂直，保证剪切力方向与实际承受力的方向一致，BEAM单元赋予MAT100MAT_SPOTWELD材料，并根据输入的悬臂剪切失效力设置失效准则，模拟悬臂剪切失效，当实际冲击力大于剪切失效力时，悬臂失效；反之，则不失效；
b、悬臂边缘与内套筒使用RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGID BODY连接，BEAM单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系Y轴平行，保证脱拔力方向与实际承受力的方向一致，BEAM单元赋予MAT100MAT_SPOTWELD材料，并根据输入的使悬臂从橡胶套筒内脱出的脱拔力设置失效准则，模拟悬臂脱拔失效，当悬臂受到的Y向力大于脱拔失效力时，悬臂脱出失效；反之，则不失效；
c、根据输入的钣金材料属性，设置抗拉应变失效；
第三步，调试模型：调试、计算、分析并对结果进行后处理，评估悬置失效和动力总成运动状态是否合理，输出关键曲线、图片和动画。
具体实施时，如图3、图4和图5所示，先搭建悬置失效的模型，再输入悬臂剪切失效力、悬臂脱拔力和钣金抗拉应变力至搭建的模型中，接下来，进行整车模型调试并提交计算分析，如结果合理，则导出运算结果、图片和数值曲线，如结果不合理，则重新进行悬置失效模型的搭建，重新计算运行结果直至符合合理的分析数据为止。
本发明采用橡胶(MAT7MAT-BLATZ-KO-RUBBER)材料可以有效的改善悬置受到正面高速冲击时的失效问题，如脆性铸件受X剪切力而失效，悬臂受Y向脱拔力而失效和钣金撕裂失效等，这样，做出的仿真结果与实际试验结果的误差也会减小，更能反映真实的碰撞过程，也能对真实的情况进行分析处理。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种整车正面碰撞模拟悬置，包括套筒(3)，其特征在于：还包括套在所述套筒(3)中的金属铸件悬臂(1)，在所述套筒(3)的下部设有第二安装支架(7)，与所述金属铸件悬臂(1)相固定的设有第一安装支架(4)，所述第一安装支架(4)和所述第二安装支架(7)的端部均设置有车身侧安装孔(6)。
2.根据权利要求1所述的一种整车正面碰撞模拟悬置，其特征在于：所述的套筒(3)和金属铸件悬臂(1)之间固定介质为橡胶(2)。
3.根据权利要求1所述的一种整车正面碰撞模拟悬置，其特征在于：所述的金属铸件悬臂(1)上设置有动力总成侧安装孔(5)。
4.根据权利要求3所述的一种整车正面碰撞模拟悬置，其特征在于：所述的动力总成侧安装孔(5)的数量为2个，所述的车身侧安装孔(6)的数量为3个。
5.一种整车正面碰撞模拟悬置失效的方法，其特征在于：
第一步，悬置失效力输入：通过碰撞试验输出或悬置工程师提供金属铸件悬臂(1)在高速冲击下的剪切失效力和脱拔力，钣金件抗拉应变由材料拉伸试验所得；
第二步，悬置失效模型搭建：悬置的套筒(3)和第一安装支架(4)、第二安装支架(7)使用壳单元，赋予实际材料属性和厚度，橡胶(2)使用实体单元，并进行包壳处理，厚度根据金属铸件悬臂(1)实际重量进行设置，将悬置模型进行连接，第一安装支架(4)、第二安装支架(7)与套筒(3)采用点焊梁(Spotweld BEAM)弧焊单元连接，套筒(3)与橡胶(2)节点耦合，根据输入的失效力，使用点焊梁(Spotweld BEAM)单元分别模拟悬臂剪切失效和脱拔失效，钣金件设置抗压应变失效，将搭建好的悬置失效模型通过螺钉(Bolt)分别连接到车身和动力总成系统，搭建完整的整车正面碰撞模型；
第三步，调试模型：调试、计算、分析并对结果进行后处理，评估悬置失效和动力总成运动状态是否合理，输出关键曲线、图片和动画。
6.根据权利要求5所述的一种整车正面碰撞模拟悬置失效的方法，其特征在于：所述的第二步中设置失效的具体方法如下：
a、将悬臂局部断开，用刚体-点焊梁-刚体(RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGID BODY)将断开两部分连接，梁(BEAM)单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系X轴垂直，保证剪切力方向与实际承受力的方向一致，并根据输入的悬臂剪切失效力设置失效准则，模拟悬臂剪切失效，当实际冲击力大于剪切失效力时，悬臂失效；反之，则不失效；
b、悬臂边缘与内套筒使用刚体-点焊梁-刚体(RIGID BODY-Spotweld BEAM-RIGIDBODY)连接，梁(BEAM)单元长度为1mm，直径为10mm，轴向与坐标系Y轴平行，保证脱拔力方向与实际承受力的方向一致，并根据输入的使悬臂从橡胶套筒内脱出的脱拔力设置失效准则，模拟悬臂脱拔失效，当悬臂受到的Y向力大于脱拔失效力时，悬臂脱出失效；反之，则不失效；
c、根据输入的钣金材料属性，设置抗拉应变失效。
7.根据权利要求5所述的一种整车正面碰撞模拟悬置失效的方法，其特征在于：所述的第二步中的橡胶(2)本体赋予橡胶(MAT7 MAT-BLATZ-KO-RUBBER)材料，包壳厚度为0.1mm，材料为流体(MAT9 MAT_NULL)，所述的金属铸件悬臂(1)赋予金属(MAT1 MAT_ELASTIC)材料。
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