CN110377966A - 卡车车门压溃强度仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的的卡车车门压溃强度仿真方法，它包括如下步骤：建立车门钣金件的有限元模型，对车门钣金件有限元模型中的各种金属材料设置相应的材料特性参数；建立车门胶粘连接和焊点连接的有限元模型；定义边界条件和接触关系，进行碰撞工况解算控制参数设置；形成车门压溃仿真模型；进行碰撞仿真分析，最终得到整个碰撞过程的压溃力与加载板位移关系曲线；按车门压溃力判定要求，对整个碰撞过程的压溃力与刚性加载板位移关系曲线进行压溃强度仿真评价。本发明在确保仿真计算精度要求的前提下，通过子系统近似匹配降阶方法简化模型，对车门总成结构设计初期采用计算机进行仿真分析，以考察车门的压溃强度。
Description
技术领域
本发明涉及车辆安全性仿真测试技术领域，具体地指一种卡车车门压溃强度仿真方法。
技术背景
汽车车门作为车身的一个重要部件，其性能直接影响车身结构性能的好坏。在车辆受到正面碰撞时，车门为乘员提供了一个有效的生存空间，车门强度直接关系到整车在冲击、碰撞等载荷下的安全问题。
目前，车门耐撞性一般通过整车正面碰撞试验或者正面碰撞仿真来评价。在车辆结构设计过程中利用计算机辅助分析车辆正面碰撞工况，模拟得到车门在整车碰撞过程中的挤压力和挤压变形，评价车门结构及各连接部分对车门耐撞性的影响。
这种测试中需在车内安置传感器假人，一次试验的成本很高，且不能在设计初期实物未加工制造出来时进行分析，增加了开发成本，开发周期较长。而过大的整车有限元模型会影响计算的成本，所以无论是正面碰撞试验或者正面碰撞仿真，如果设计方案的最终结果不符合强度要求，都需要修改、优化，重新试制或者更新零件会造成较大的经济和时间浪费。
发明内容
针对现有技术中卡车车门耐撞性仿真方法的模型复杂度，本专利提案的技术方案最大的成果是对大系统的模型降阶，结合整车正面碰撞的变形特点，在确保仿真计算精度要求的前提下，通过子系统近似匹配降阶方法简化模型，对车门总成结构设计初期采用计算机进行仿真分析，以考察车门的压溃强度。
为实现此目的，本发明所设计的卡车车门压溃强度仿真方法，它包括如下步骤：
步骤1：对车门总成的CAD模型，根据预设的网格划分标准，在有限元软件中进行网格划分，建立车门钣金件的有限元模型；
步骤2：考虑应力应变非线性影响，对车门钣金件的有限元模型中的所有金属材料设置相应的材料特性参数，其中金属材料的本构模型参数通过材料试验获取；
步骤3：根据车门胶结结构的CAD定位，对连接车门内外板的结构胶和连接车门玻璃的玻璃胶建立车门胶粘连接结构，根据车门焊点的CAD定位，对点焊区的焊点建立车门焊点连接，以上连接结构均采用六面体实体单元模拟或者采用弹簧单元模拟，形成装配好的车门总成有限元模型；
步骤4：建立一刚性平板有限元模型以模拟水平地面，将车门总成有限元模型水平置于刚性平板有限元模型上，其中车门外板的有限元模型朝上，在车门铰链处施加约束，在门锁处建立一刚性加载板的有限元模型，刚性加载板能足以覆盖住门锁处，通过刚性加载板向门锁处施加位移驱动，方向垂直于刚性平板从而完成边界条件的设置；
步骤5：定义部件之间的接触关系，进行碰撞工况解算控制参数设置，其中包括输出数据的格式、系统沙漏、求解时间、时间步长等参数，从而形成车门压溃仿真模型；
步骤6：进行碰撞仿真分析，最终得到整个碰撞过程的车门受到的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线；
步骤7：按车门压溃力判定要求对整个碰撞过程的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线进行压溃强度仿真评价。
本发明的有益效果为
1、通过车门压溃仿真模拟得到车门在静态压溃过程中的挤压力和挤压变形，可以替代整车碰撞仿真直接评价车门结构及各连接部分对车门耐撞性的影响，简化了整车碰撞仿真分析过程，提高了碰撞仿真分析的效率，进而缩短整车的开发周期。
2、无需通过实车试验逐步验证、评价设计方案，利用试验结果指导设计方案的修改、优化。通过仿真分析可以排除很大一部分的结构设计缺陷以及材料选择问题，减少了试验车试验次数，降低了开发成本和试验成本。
3、本发明以车门压溃力作为评价标准，确定车门结构强度，使仿真结果更符合实际情况，填补了行业内对于卡车车门结构正面耐撞性评价方法的技术空缺。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的车门总成、刚性加载板有限元模型示意图。
其中，1—车门内板、2—车门外板2、3—门铰链、4—门锁。
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车门压溃强度仿真方法，如图1所示：它包括如下步骤：
步骤1：对车门总成的CAD模型，在有限元前处理Hypermesh软件中，根据预设的网格划分标准，在有限元软件中进行网格划分，建立车门钣金件的有限元模型；
步骤2：考虑应力应变非线性影响，对车门钣金件的有限元模型中的所有金属材料设置相应的材料特性参数，其中金属材料的本构模型参数通过材料试验获取；
步骤3：根据车门胶结结构的CAD定位，对连接车门内外板的结构胶和连接车门玻璃的玻璃胶建立车门胶粘连接结构，根据车门焊点的CAD定位，对点焊区的焊点建立车门焊点连接，以上连接结构均采用六面体实体单元模拟或者采用弹簧单元模拟，形成装配好的车门总成有限元模型；
步骤4：建立一刚性平板有限元模型以模拟水平地面，将车门总成有限元模型水平置于刚性平板有限元模型上，其中车门外板2的有限元模型朝上，在车门铰链3处施加约束，在门锁4处建立一刚性加载板的有限元模型，刚性加载板能足以覆盖住门锁4处，通过刚性加载板向门锁4处施加位移驱动，方向垂直于刚性平板从而完成边界条件的设置；
步骤5：定义部件之间的接触关系，进行碰撞工况解算控制参数设置，其中包括输出数据的格式、系统沙漏、求解时间、时间步长等参数，从而形成车门压溃仿真模型；
步骤6：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车门受到的压溃力时间历程曲线，最终得到整个碰撞过程的车门受到的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线；
步骤7：按车门压溃力判定要求对整个碰撞过程的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线进行压溃强度仿真评价。
上述技术方案中，所述步骤7中，所述压溃强度仿真评价过程中，如果车门压溃仿真模型在最大压溃力下满足预设的强度要求(压溃力与刚性加载板位移的关系曲线满足预设指标的要求)，并且，压溃力加载过程中车门压溃仿真模型没有向内弯曲变形，车门压溃仿真模型中的车门加强梁没有向两端突起，则认为车门耐撞性能符合要求，否则，车门耐撞性能不符合要求。
上述技术方案中，所述车门钣金件的有限元模型中的各种金属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。
上述技术方案中，所述碰撞仿真分析中要设置碰撞接触面上压溃力的时间历程输出，由于是匀速，所述压溃力与刚性加载板位移关系曲线的横坐标是时间，但是乘以速度，就是刚性加载板位移，所述压溃力与刚性加载板位移关系曲线的纵坐标是压溃力。
上述技术方案中，所述压溃强度仿真评价过程中，如果车门压溃仿真模型在最大压溃力下满足预设的强度要求，并且，压溃力加载过程中车门压溃仿真模型没有向内弯曲变形，车门压溃仿真模型中的车门加强梁没有向两端突起，则认为车门耐撞性能符合要求。
上述技术方案中，车门总成的CAD模型为车门部件的外廓几何数据模型。步骤3中，六面体实体单元网格模型中的材料赋予相应的粘胶材料属性或者焊点材料属性，弹簧单元网格模型需设置相应的弹簧刚度。
本发明通过车门静态压溃仿真模拟车门在压溃过程中的挤压力和挤压变形，可以替代整车试验和仿真直接评价车门结构及各连接部分对车门耐撞性的影响，并排除很大一部分的结构设计缺陷以及材料选择问题，最终缩短了整个研发周期。简化后的碰撞仿真方法，可以减少试验车试验次数，降低开发成本和试验成本。
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 (8)
1.一种卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：对车门总成的CAD模型，根据预设的网格划分标准，在有限元软件中进行网格划分，建立车门钣金件的有限元模型；
步骤2：考虑应力应变非线性影响，对车门钣金件的有限元模型中的所有金属材料设置相应的材料特性参数，其中金属材料的本构模型参数通过材料试验获取；
步骤3：根据车门胶结结构的CAD定位，对连接车门内外板的结构胶和连接车门玻璃的玻璃胶建立车门胶粘连接结构，根据车门焊点的CAD定位，对点焊区的焊点建立车门焊点连接，以上连接结构均采用六面体实体单元模拟或者采用弹簧单元模拟，形成装配好的车门总成有限元模型；
步骤4：建立一刚性平板有限元模型以模拟水平地面，将车门总成有限元模型水平置于刚性平板有限元模型上，其中车门外板(2)的有限元模型朝上，在车门铰链(3)处施加约束，在门锁(4)处建立一刚性加载板的有限元模型，刚性加载板能足以覆盖住门锁(4)处，通过刚性加载板向门锁(4)处施加位移驱动，方向垂直于刚性平板从而完成边界条件的设置；
步骤5：定义部件之间的接触关系，进行碰撞工况解算控制参数设置，从而形成车门压溃仿真模型；
步骤6：进行碰撞仿真分析，最终得到整个碰撞过程的车门受到的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述步骤6后还包括步骤7：按车门压溃力判定要求对整个碰撞过程的压溃力与刚性加载板位移的关系曲线进行压溃强度仿真评价。
3.根据权利要求1所述的卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述步骤7中，所述压溃强度仿真评价过程中，如果车门压溃仿真模型在最大压溃力下满足预设的强度要求，并且，压溃力加载过程中车门压溃仿真模型没有向内弯曲变形，车门压溃仿真模型中的车门加强梁没有向两端突起，则认为车门耐撞性能符合要求，否则，车门耐撞性能不符合要求。
4.根据权利要求1所述的卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述车门钣金件的有限元模型中的各种金属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。
5.根据权利要求1所述的卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述碰撞仿真分析中要设置碰撞接触面上压溃力的时间历程输出，由于是匀速，所述压溃力与刚性加载板位移关系曲线的横坐标是时间，但是乘以速度，就是刚性加载板位移，所述压溃力与刚性加载板位移关系曲线的纵坐标是压溃力。
6.根据权利要求1所述的卡车车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述压溃强度仿真评价过程中，如果车门压溃仿真模型在最大压溃力下满足预设的强度要求，并且，压溃力加载过程中车门压溃仿真模型没有向内弯曲变形，车门压溃仿真模型中的车门加强梁没有向两端突起，则认为车门耐撞性能符合要求。
7.根据权利要求1所述的车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述步骤1中的车门总成的CAD模型为车门部件的外廓几何数据模型。
8.根据权利要求1所述的车门压溃强度仿真方法，其特征在于：所述步骤3中，六面体实体单元网格模型中的材料赋予相应的粘胶材料属性或者焊点材料属性，弹簧单元网格模型需设置相应的弹簧刚度。
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