CN110362885A - 卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，包括如下步骤：步骤1：建立卡车驾驶室有限元模型；步骤2：构建成为驾驶室车顶压溃仿真模型；步骤3：建立接触关系并定义接触；步骤4：进行碰撞仿真分析得到驾驶室顶部承载力值结果；步骤5：根据结构的承载力与位移曲线和速度与时间曲线，若运动速度大于零，且驾驶室结构变形仍在持续增加，则表明此时驾驶室结构尚未达到稳定而静止；步骤6：根据结构承载力与位移曲线和速度与时间曲线，若运动速度趋于零，且驾驶室结构变形不再增加，该峰值即为驾驶室顶部的实际承载力。本发明能使仿真结果更符合实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及车辆安全性仿真测试技术领域，具体地指一种卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法。
技术背景
卡车驾驶室作为乘员保护舱室，其结构必须满足强制性国家法规GB 26512-2011《商用车驾驶室乘员保护》中驾驶室顶部强度要求，通常采用仿真和试验方法对驾驶室顶部强度进行分析评判。
传统的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析基于非线性有限元分析方法建立分析模型，有限元模型根据试验得到的材料应力应变关系曲线定义结构的材料非线性特性，设置驾驶室结构各部件的碰撞接触运动关系，进行仿真分析得到驾驶室顶部强度的承载力与时间曲线，并将该承载力曲线第一个峰值点(图1中A点)结果作为结构承载力值对驾驶室顶部强度性能进行评判。
在工程实际中，由于功能设计等要求，驾驶室的结构刚度设计很难做到均匀一致；使得驾驶室车顶压溃仿真计算得到的承载力在达到某一数值后会下降，这是由于结构支撑力不足导致的，该承载力下降到一定程度后(驾驶室结构达到稳定)，其值还会增加(见图1)。因此，以第一个承载力曲线峰值点A作为结构的顶部承载力值会与实际情况不符。
传统的仿真分析方法忽略了驾驶室实际结构刚度的非均匀一致性所导致的其顶部承载力仿真结果存在多个峰值波动的影响；由于碰撞接触运动的结构振荡特性影响，驾驶室顶部的承载力达到峰值时其结构仍在振荡运动，尚未完全趋于稳定，因此不能将此时的承载力峰值作为驾驶室顶部的实际承载力结果。
发明内容
针对传统仿真方法中承载力峰值点有效性评判的缺失问题，本发明提供一种卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，该方法基于驾驶室车顶压溃仿真，在考虑驾驶室结构部件大变形、应力应变关系和碰撞接触等多种非线性特性基础上，通过进一步分析驾驶室在顶部承载力曲线峰值位置状态的结构变形及其运动速度变化影响，从而确定驾驶室结构实际承载力值，使仿真结果更符合实际情况，填补了传统的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析中承载力评价方法的技术空缺。
为实现此目的，本发明所设计的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：分别建立驾驶室白车身、驾驶室悬置、车门、座椅、仪表梁和仪表板、加载板、截断车架的CAD模型，并在有限元软件中进行网格划分，建立对应的有限元模型；
步骤2：组装驾驶室白车身有限元模型、驾驶室悬置有限元模型、车门有限元模型、加载板有限元模型、座椅和仪表梁及仪表板有限元模型、截断车架有限元模型，构建成为驾驶室车顶压溃仿真模型；
步骤3：约束截断车架全部自由度，建立驾驶室白车身、车门、座椅、驾驶室悬置、仪表梁、仪表板和截断车架部件之间的整体接触关系，在加载板与驾驶室白车身顶部结构部件之间定义接触；
步骤4：对驾驶室车顶压溃仿真模型进行碰撞工况解算控制参数设置，并在加载板上施加垂直向下的位移驱动，进行碰撞仿真，得到驾驶室顶部承载力峰值结果；
步骤5：以步骤4得到的驾驶室顶部承载力峰值结果作为输入，进行碰撞仿真得到驾驶室结构的承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与时间的曲线，若运动速度大于零，且驾驶室结构变形仍在持续增加，则表明此时驾驶室结构尚未达到稳定而静止，其顶部的实际承载力低于该峰值；
步骤6：将步骤4中得到的驾驶室顶部承载力峰值降低预设值，并以该峰值降低后结果作为输入，进行碰撞仿真分析得到结构承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与时间的曲线，若运动速度趋于零，且驾驶室结构变形不再增加，则表明此时驾驶室结构达到稳定而静止，该峰值即为驾驶室顶部的实际承载力，分析结束；若不满足要求，则继续将该承载力值降低预设值，重新进行碰撞仿真分析，直到满足要求。
本发明的有益效果为
1、本发明考虑卡车驾驶室结构碰撞振荡特性进行模拟仿真，通过分析承载力与位移曲线和速度与时间曲线结果的影响，对得到的驾驶室顶部的承载力值进行修正，使其与实际情况相一致。
2、本发明在建立有限元模型时，采用截断车架模型进行网格划分、应用最小单元尺寸设置控制解算的时间步长、用弹簧单元模拟悬置限位及其变形特性、采用整体自接触进行碰撞接触设置，简化了碰撞仿真分析过程，提高了碰撞仿真分析的效率。
3、本发明仅需更改驾驶室顶部的承载力值等解算控制参数，即可在同一个分析模型中完成驾驶室车顶压溃过程仿真及其结构碰撞振荡特性的模拟仿真分析。
附图说明
图1为驾驶室顶部承载力曲线；
图2为本发明中驾驶室车顶压溃仿真分析过程；
图3为本发明中驾驶室、车门、座椅、前后悬置、截断车架结构示意图。
其中，1—驾驶室，2—车门、3—座椅、4—驾驶室悬置、5—截断车架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明设计的一种卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，如图2和3所示，它包括如下步骤：
步骤1：分别建立驾驶室1白车身、驾驶室悬置4、车门2、座椅3、仪表梁和仪表板、加载板、截断车架5的CAD模型，并在有限元前处理Hypermesh软件中进行网格划分，建立对应的有限元模型；
步骤2：组装驾驶室白车身有限元模型、驾驶室悬置有限元模型、车门有限元模型、加载板有限元模型、座椅和仪表梁及仪表板等内饰部件有限元模型、截断车架有限元模型等，构建成为驾驶室车顶压溃仿真模型；
步骤3：约束截断车架全部自由度，建立驾驶室白车身、车门、座椅、驾驶室悬置、仪表梁、仪表板和截断车架部件之间的整体接触关系，在加载板与驾驶室白车身顶部结构部件之间定义接触；
步骤4：对驾驶室车顶压溃仿真模型进行碰撞工况解算控制参数设置，并在加载板上施加垂直向下的位移驱动，进行碰撞仿真，通过求解器DYNA计算，在有限元后处理软件HyperView软件中读取输出结果中的驾驶室结构的承载力时间历程曲线，读出驾驶室顶部承载力峰值结果；
步骤5：以步骤4得到的驾驶室顶部承载力峰值结果作为输入，进行碰撞仿真，通过求解器DYNA计算，在有限元后处理软件HyperView软件中读取输出结果中的驾驶室结构的承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与时间的曲线，若运动速度大于零，且驾驶室结构变形仍在持续增加，则表明此时驾驶室结构尚未达到稳定而静止，其顶部的实际承载力低于该峰值；
步骤6：将步骤4中得到的驾驶室顶部承载力峰值降低预设值，并以该峰值降低后结果作为输入，进行碰撞仿真分析，通过求解器DYNA计算，在有限元后处理软件HyperView软件中读取输出结果中的结构承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与对应时间的曲线，若运动速度趋于零，且驾驶室结构变形不再增加，则表明此时驾驶室结构达到稳定而静止，该峰值即为驾驶室顶部的实际承载力，分析结束；若不满足要求，则继续将该承载力值降低预设值，重新进行碰撞仿真分析，直到满足要求。
上述技术方案的步骤1中，白车身和车门等钣金部件采用板壳单元进行网格划分，为了减小模型的规模，截取车架前部并包括与驾驶室悬置连接的一部分。对卡车驾驶室的金属材料(白车身等)特性参数的设置，需要考虑应力应变非线性影响。金属材料特性参数包括各种金属材料的密度、泊松比、弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及能准确表征该金属材料非线性特征的应力应变曲线。
上述技术方案的步骤6中的预设值为驾驶室顶部承载力峰值的5％。
上述技术方案中，建立有限元模型时，采用截断车架模型进行网格划分，应用最小单元尺寸设置控制解算的时间步长，用弹簧单元模拟悬置限位及其变形特性、采用整体自接触进行碰撞接触设置。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：分别建立驾驶室白车身、驾驶室悬置、车门、座椅、仪表梁和仪表板、加载板、截断车架的CAD模型，并在有限元软件中进行网格划分，建立对应的有限元模型；
步骤2：组装驾驶室白车身有限元模型、驾驶室悬置有限元模型、车门有限元模型、加载板有限元模型、座椅和仪表梁及仪表板有限元模型、截断车架有限元模型，构建成为驾驶室车顶压溃仿真模型；
步骤3：约束截断车架全部自由度，建立驾驶室白车身、车门、座椅、驾驶室悬置、仪表梁、仪表板和截断车架部件之间的整体接触关系，在加载板与驾驶室白车身顶部结构部件之间定义接触；
步骤4：对驾驶室车顶压溃仿真模型进行碰撞工况解算控制参数设置，并在加载板上施加垂直向下的位移驱动，进行碰撞仿真，得到驾驶室顶部承载力峰值结果；
步骤5：以步骤4得到的驾驶室顶部承载力峰值结果作为输入，进行碰撞仿真得到驾驶室结构的承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与时间的曲线，若运动速度大于零，且驾驶室结构变形仍在持续增加，则表明此时驾驶室结构尚未达到稳定而静止，其顶部的实际承载力低于该峰值；
步骤6：将步骤4中得到的驾驶室顶部承载力峰值降低预设值，并以该峰值降低后结果作为输入，进行碰撞仿真分析得到结构承载力与位移曲线以及加载板向下运动的速度与时间的曲线，若运动速度趋于零，且驾驶室结构变形不再增加，则表明此时驾驶室结构达到稳定而静止，该峰值即为驾驶室顶部的实际承载力，分析结束；若不满足要求，则继续将该承载力值降低预设值，重新进行碰撞仿真分析，直到满足要求。
2.根据权利要求1所述的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于：所述步骤1中，白车身和车门采用板壳单元进行网格划分。
3.根据权利要求1所述的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于：步骤1中，对卡车驾驶室的金属材料特性参数的设置，需要考虑应力应变非线性影响。
4.根据权利要求1所述的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于：所述步骤6中的预设值为驾驶室顶部承载力峰值的5％。
5.根据权利要求1所述的卡车驾驶室车顶压溃仿真分析方法，其特征在于：建立有限元模型时，采用截断车架模型进行网格划分，应用最小单元尺寸设置控制解算的时间步长，用弹簧单元模拟悬置限位及其变形特性、采用整体自接触进行碰撞接触设置。
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