CN111046602B - 一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有限元分析技术领域，公开一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法。该方法利用LS‑DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，不仅取消了夹层聚合物实体壳单元模拟，可规避碰撞仿真分析中实体单元畸变或负体积造成计算中止的问题，提升了仿真模型计算的稳定性，而且取消了多层网格接触连接，同时利用单层壳单元设置可明显减少仿真计算时间；另外，该方法所使用的参数均从样片级试验、部件级试验、整车级试验和仿真模拟中获得，不仅可实施性高，容易实现对不同汽车挡风玻璃的碰撞仿真模拟，而且可以准确地对行人撞击挡风玻璃的过程进行模拟，获得准确的HIC伤害值和伤害曲线，从而有利于指导汽车行人保护性能的开发。
Description
技术领域
本发明涉及有限元分析技术领域，尤其涉及一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法。
背景技术
目前，汽车前部的挡风玻璃主要包括三层结构，三层结构分别为：外层玻璃、中间夹层聚合物和内层玻璃，中间夹层聚合物与内外两层玻璃之间浸润连接后形成一个整体。由于挡风玻璃的结构复杂性，所以挡风玻璃碰撞仿真模拟成为了汽车行人保护性能开发的难点。
在现有技术中，对于挡风玻璃碰撞仿真一般采用壳-体-壳三层单元共节点模拟法、三层壳单元接触模拟法、一层壳单元和一层膜单元模拟法等。但是，这些仿真模拟方法都属于对玻璃和夹层聚合物分别建模，以共节点或接触方式进行连接，很难对挡风玻璃的碎裂失效进行准确的模拟，仿真结果与试验数据相差较大，从而不利于汽车行人保护性能的开发。
因此，亟需一种新型的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其与现有技术相比，能够准确地对挡风玻璃的碎裂失效进行模拟，有利于汽车行人保护性能的开发。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，包括：
S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；
S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；
S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；
S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。
进一步地，在步骤S4之后，还包括：
S5.优化挡风玻璃整车碰撞仿真模型：调整挡风玻璃整车碰撞仿真模型的网格尺寸，进行网格尺寸敏感度分析，并通过对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定优化的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型。
进一步地，在步骤S1中，玻璃和夹层聚合物的材料特性参数包括：密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变。
进一步地，步骤S2包括：
S21.利用LS-DYNA软件，采用integration Rule(QR/IRID)定义挡风玻璃的积分点数量、积分点分布和积分点对应的层厚。
进一步地，在步骤S21中，挡风玻璃的积分点数量定义为9层，其中，第1-4层定义为外侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm，第5层定义为夹层聚合物且厚度定义为0.8mm，第6-9层定义为内侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm。
进一步地，步骤S2还包括：
S22.将步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数填写在LS-DYNA软件的MAT32号材料卡片中，并采用单层壳单元对玻璃和夹层聚合物的材料特性参数和积分点数量进行定义。
进一步地，在步骤S3中，若挡风玻璃三点弯仿真分析获得的力-位移曲线与挡风玻璃三点弯试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为仿真结果与试验结果一致。
进一步地，在步骤S3中，当仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。
进一步地，在步骤S4中，挡风玻璃整车碰撞试验为成人头型挡风玻璃整车碰撞试验，若挡风玻璃整车碰撞仿真分析获得的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。
进一步地，在步骤S4中，当挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。
本发明的有益效果为：
本发明提供的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，不仅取消了夹层聚合物实体壳单元模拟，可规避碰撞仿真分析中实体单元畸变或负体积造成计算中止的问题，极大的提升了仿真模型计算的稳定性，而且取消了多层网格接触连接，同时利用单层壳单元设置可明显减少仿真计算时间；另外，本方法所使用的参数均从样片级试验、部件级试验、整车级试验和仿真模拟中获得，不仅可实施性高，通过调整少量参数即可实现对不同汽车挡风玻璃的碰撞仿真模拟，而且可以准确地对行人撞击挡风玻璃的过程进行模拟，获得准确的HIC伤害值和伤害曲线，从而有利于指导汽车行人保护性能的开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，包括：
S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；
S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；
S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；
S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。
进一步地，在步骤S4之后，还包括：
S5.优化挡风玻璃整车碰撞仿真模型：调整挡风玻璃整车碰撞仿真模型的网格尺寸，进行网格尺寸敏感度分析，并通过对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定优化的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型。具体地，在本实施例中，选择8mm、5mm和3mm的网格尺寸，对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定最优的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型，用于后续的汽车行人保护性能开发。
具体地，在本实施例中，夹层聚合物为PVB聚合物。
进一步地，在步骤S1中，玻璃和夹层聚合物的材料特性参数包括：密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变。需要指出的是，在本实施例中，通过高速拉伸试验共获得玻璃和夹层聚合物的十二项材料特性参数。
进一步地，步骤S2包括：
S21.利用LS-DYNA软件，采用integration Rule(QR/IRID)定义挡风玻璃的积分点数量、积分点分布和积分点对应的层厚。
进一步地，在步骤S21中，挡风玻璃的积分点数量定义为9层，其中，第1-4层定义为外侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm，第5层定义为夹层聚合物且厚度定义为0.8mm，第6-9层定义为内侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm。
进一步地，步骤S2还包括：
S22.将步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数填写在LS-DYNA软件的MAT32号材料卡片中，并采用单层壳单元对玻璃和夹层聚合物的材料特性参数和积分点数量进行定义。
进一步地，在步骤S3中，若挡风玻璃三点弯仿真分析获得的力-位移曲线与挡风玻璃三点弯试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为仿真结果与试验结果一致。
进一步地，在步骤S3中，当仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。相当于，在步骤S3中，利用S2中挡风玻璃材料卡片的参数，建立三点弯CAE仿真分析模型，通过仿真与试验曲线对标，对玻璃和夹层聚合物的屈服应力、塑性硬化模量、失效塑性应变参数进行调整，直至仿真与试验的力-位移曲线拟合度达到90％以上。
进一步地，在步骤S4中，挡风玻璃整车碰撞试验为成人头型挡风玻璃整车碰撞试验，若挡风玻璃整车碰撞仿真分析获得的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。需要指出的是，在步骤S4中，当开展整车级成人头型碰撞试验时，试验工况应不涉及或减少头型与前挡风玻璃后方内饰塑料件的二次接触影响，以便准确地提取HIC(Head Injury Criterion，头部伤害标准)伤害曲线和伤害值。
进一步地，在步骤S4中，当挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。相当于，通过挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果对标，对玻璃和夹层聚合物的屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变参数进行调整，直至仿真与试验的力-位移曲线拟合度达到90％以上。
本实施例提供的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，不仅取消了夹层聚合物实体壳单元模拟，可规避碰撞仿真分析中实体单元畸变或负体积造成计算中止的问题，极大的提升了仿真模型计算的稳定性，而且取消了多层网格接触连接，同时利用单层壳单元设置可明显减少仿真计算时间；另外，本方法所使用的参数均从样片级试验、部件级试验、整车级试验和仿真模拟中获得，不仅可实施性高，通过调整少量参数即可实现对不同汽车挡风玻璃的碰撞仿真模拟，而且可以准确地对行人撞击挡风玻璃的过程进行模拟，获得准确的HIC伤害值和伤害曲线，从而有利于指导汽车行人保护性能的开发。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，包括：
S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；
S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；
S21.利用LS-DYNA软件，采用integration Rule(QR/IRID)定义挡风玻璃的积分点数量、积分点分布和积分点对应的层厚，挡风玻璃的积分点数量定义为9层，其中，第1-4层定义为外侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm，第5层定义为夹层聚合物且厚度定义为0.8mm，第6-9层定义为内侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm；
S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；
S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。
2.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括：
S5.优化挡风玻璃整车碰撞仿真模型：调整挡风玻璃整车碰撞仿真模型的网格尺寸，进行网格尺寸敏感度分析，并通过对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定优化的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型。
3.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，玻璃和夹层聚合物的材料特性参数包括：密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变。
4.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，步骤S2还包括：
S22.将步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数填写在LS-DYNA软件的MAT32号材料卡片中，并采用单层壳单元对玻璃和夹层聚合物的材料特性参数和积分点数量进行定义。
5.根据权利要求3所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，若挡风玻璃三点弯仿真分析获得的力-位移曲线与挡风玻璃三点弯试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为仿真结果与试验结果一致。
6.根据权利要求5所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，当仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。
7.根据权利要求3所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S4中，挡风玻璃整车碰撞试验为成人头型挡风玻璃整车碰撞试验，若挡风玻璃整车碰撞仿真分析获得的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。
8.根据权利要求7所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S4中，当挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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