CN111428389B - 前纵梁的性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种前纵梁的性能分析方法。该前纵梁的性能分析方法包括：建立整车正面碰撞有限元分析模型；获取正面碰撞中的纵梁性能参数；建立纵梁静压平台分析模型；对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图；根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数；将纵梁静压平台分析模型获取的纵梁的性能参数与整车正面碰撞中的纵梁性能参数进行比较。根据本发明的前纵梁的性能分析方法，能够通过对单独纵梁进行性能检测的方法来对前纵梁的性能优化提供全面科学的依据。

Description

前纵梁的性能分析方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种前纵梁的性能分析方法。

背景技术

前纵梁是车体前端的重要承力部件，是前碰撞过程中主要的吸能部件，其吸能特性和变形模式决定着碰撞过程中车身加速度响应和力的传递路径，对汽车结构耐撞性有显著的影响。国内外研究表明，前纵梁在正碰时吸收的能量占车辆总吸收能量的50％左右，对整车碰撞安全性能有十分重要的影响。

整车碰撞分析是评价车辆碰撞安全性最直观、最简洁的方法，可以得到评价汽车安全性能的各项指标和参数，为汽车的下一步设计和结构改进提供依据和工程基础。但该方法在对汽车结构或者部件进行优化设计时，往往需要进行多次重复性碰撞分析，造成开发周期较长、开发成本昂贵，并且对碰撞过程中的一些结构变形参数和指标的提取比较困难。相比整车碰撞分析，零部件碰撞仿真分析能够很大程度的降低汽车开发过程中的前期成本投入，降低时间消耗、缩短汽车的开发周期，并且能快捷、全面的提取汽车碰撞仿真过程中一些结构变形参数和评价指标。国外研究表明，部件从整车上分离出来和保留在整车上两种情况下，碰撞特性并不完全相同，但是二者的趋势仍是一致的。因此，可以以零部件为对象来研究整车的碰撞性能。

然而，当前对纵梁性能的获取多针对整车及总成进行研究，尚缺乏行之有效的对单独纵梁件的性能研究方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种前纵梁的性能分析方法，能够通过对单独纵梁进行性能检测的方法来对前纵梁的性能优化提供全面科学的依据。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种前纵梁的性能分析方法，包括：

建立整车正面碰撞有限元分析模型；

获取正面碰撞中的纵梁性能参数；

建立纵梁静压平台分析模型；

对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图；

根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数；

将纵梁静压平台分析模型获取的纵梁的性能参数与整车正面碰撞中的纵梁性能参数进行比较。

优选地，建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤包括：

根据整车CAD模型建立整车有限元模型，采用壳单元及实体单元对CAD模型进行离散，定义整车模型中材料的属性、参数，接触。

优选地，获取正面碰撞中的纵梁性能参数的步骤包括：

利用现有新车评价规程进行整车正面碰撞分析加载，得出整车正面碰撞性能结果，同时得出正面碰撞中的纵梁性能参数。

优选地，建立纵梁静压平台分析模型的步骤包括：

根据整车正面碰撞有限元分析模型仿真纵梁结构；

测量纵梁结构尺寸；

根据整车前碰撞过程中纵梁后段的变形模式，结合试验可行性要求，搭建纵梁后段静压平台。

优选地，对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析的步骤包括：

用有限元法建立静压平台各部件的网格模型；

采用实体单元对平台进行离散；

定义材料属性、参数、载荷、约束条件。

优选地，建立纵梁静压平台分析模型的步骤还包括：

将纵梁后段通过固定板和压板进行固定；

将纵梁前端与连接板固定连接；

将固定板安装在试验台架上。

优选地，对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图的步骤包括：

将纵梁保持在静压过程中；

控制静压静压头移动，带动连接板垂直向下运动；

得到相应的工装件的应力云图。

优选地，根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数的步骤包括：

根据工装应力云图对工装进行强度校核，看工装有无发生塑性变形；

根据仿真的动态变形图，看工装有无较大的抖动变形；

若工装不符合要求则返回建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤；

若工装符合要求，则提取静压力随静压距离变化的曲线。

优选地，对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图的步骤包括：

采用准静态加载，加载速度0.001m/s；

当出现明显破坏时停止加载；若无明显破坏则加载至出现加载力峰值时，停止加载；

以0.001m/s速度卸载；

输出仿真中测量加载装置的力-位移曲线。

本发明的前纵梁的性能分析方法包括：建立整车正面碰撞有限元分析模型；获取正面碰撞中的纵梁性能参数；建立纵梁静压平台分析模型；对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图；根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数；将纵梁静压平台分析模型获取的纵梁的性能参数与整车正面碰撞中的纵梁性能参数进行比较。通过上述的方法，可以结合纵梁在整车中的实际变形情况，设计静压平台，并对静压平台进行校核，对纵梁的变形和静压力曲线进行有限元分析，得出的结论更加的全面和科学，能够在零部件的设计阶段来验证纵梁性能，为后续整车的设计减少时间及成本，此发明中的仿真分析方法具有步骤简单、耗时短、可靠性强的特点，为纵梁性能的优化设计提供理论依据。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例的前纵梁的静压平台结构图；

图2示意性示出了本发明实施例的前纵梁的性能分析方法流程图。

图中附图标记：1、固定板；2、支撑板；3、安装板；4、压板；5、静压头；6、前纵梁。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1至图2所示，根据本发明的实施例，前纵梁的性能分析方法包括：建立整车正面碰撞有限元分析模型；获取正面碰撞中的纵梁性能参数；建立纵梁静压平台分析模型；对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图；根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数；将纵梁静压平台分析模型获取的纵梁的性能参数与整车正面碰撞中的纵梁性能参数进行比较。

通过上述的方法，可以结合纵梁在整车中的实际变形情况，设计静压平台，并对静压平台进行校核，对纵梁的变形和静压力曲线进行有限元分析，得出的结论更加的全面和科学，能够在零部件的设计阶段来验证纵梁性能，为后续整车的设计减少时间及成本，此发明中的仿真分析方法具有步骤简单、耗时短、可靠性强的特点，为纵梁性能的优化设计提供理论依据。

在本实施例中，建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤包括：根据整车CAD模型建立整车有限元模型，采用壳单元及实体单元对CAD模型进行离散，定义整车模型中材料的属性、参数，接触。

整车正面碰撞有限元分析模型的建立包括：整车网格的划分、材料及属性定义、整车正面碰撞模型的搭建及碰撞结果分析。

获取正面碰撞中的纵梁性能参数的步骤包括：利用现有新车评价规程进行整车正面碰撞分析加载，得出整车正面碰撞性能结果，同时得出正面碰撞中的纵梁性能参数。

具体而言，本实施例中根据2012版欧洲新车评价规程(ENCAP)进行整车正面碰撞分析加载，得出整车正面碰撞性能结果，同时得出正碰中纵梁性能参数。

建立纵梁静压平台分析模型的步骤包括：根据整车正面碰撞有限元分析模型仿真纵梁结构；测量纵梁结构尺寸；根据整车前碰撞过程中纵梁后段的变形模式，结合试验可行性要求，设计静压头5、连接板、固定板1和安装板3，搭建纵梁后段静压平台。纵梁静压平台设计时要充分考虑工装尺寸的大小，重量大小以及安装的方便性及可重复利用性。

对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析的步骤包括：用有限元法建立静压平台各部件的网格模型；采用实体单元对平台进行离散；定义材料属性、参数、载荷、约束条件。优选地，在采用实体单元对平台进行离散时，对工装进行离散主要选择六面体单元进行离散，对纵梁进行离散主要选择四边形单元进行离散。

建立纵梁静压平台分析模型的步骤还包括：将纵梁后段通过固定板和压板进行固定；将纵梁前端与连接板固定连接；将固定板安装在试验台架上。

静压平台上设计有用于固定前纵梁6的安装孔，固定板1上设计有用于固定前纵梁6的安装孔，采用紧固螺栓和螺母将前纵梁6与平台及固定板1连接。前纵梁6的前端采用焊接的方式将静压头5焊接到前纵梁前端上。

对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图的步骤包括：将纵梁保持在静压过程中；控制静压静压头移动，带动连接板垂直向下运动；得到相应的工装件的应力云图。

根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数的步骤包括：根据工装应力云图对工装进行强度校核，看工装有无发生塑性变形；根据仿真的动态变形图，看工装有无较大的抖动变形；若工装不符合要求则返回建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤；若工装符合要求，则提取静压力随静压距离变化的曲线。

对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图的步骤包括：采用准静态加载，加载速度0.001m/s；当出现明显破坏时停止加载；若无明显破坏则加载至出现加载力峰值时，停止加载；以0.001m/s速度卸载；输出仿真中测量加载装置的力-位移曲线。

在获取前纵梁后端件静压性能时，具体构建前纵梁的静压平台的步骤如下：

前纵梁6的静压平台包括固定板1、支撑板2、安装板3、压板4、静压头5和前纵梁6，其中前纵梁6固定设置在固定板1上，前纵梁的后段通过固定板1和压板4进行固定，前端通过静压头5和连接板固定连接，固定板1通过安装板3安装在试验台架上。

在本实施例中，在设计纵梁的静压平台时，需要预先倒入预设好的纵梁模型longron.igs，然后使用Hypermesh划分网格:网格大小为5mm；并对网格质量进行检查。之后根据纵梁的尺寸设计工装平台的尺寸，在本实施例中，按照如下尺寸进行设计：固定板1长度600mm，宽度280mm，厚度20mm。在安装板中线位置，及距左右边缘40mm处的位置设计6个直径为20mm的安装孔，中线位置安装孔距前端距离分别为140mm及290mm，左右边缘位置的安装孔分别距前端190mm及360mm；支撑板2长度为600mm，高度为140mm，厚度为20mm，支撑板2共两块，距固定板1左右两边边缘60mm距固定；安装板3长度为280mm的正方形，厚度为10mm，固定板1下端面与安装板3的下端面距离为180mm；压板4的长为280mm，宽为120mm，厚度为10mm，在中线位置距前后端40mm设置两个直径为20mm的安装孔；静压头5是边长为110mm的正方形板，厚度为10mm。

对固定板1、支撑板2和安装板3之间进行模拟焊接进行连接；压板4与固定板1之间用螺栓进行模拟连接，静压头5与前纵梁之间进行模拟焊接连接。

对前纵梁及平台进行材料设置及属性设置，支撑板2、安装板3及压板4材料为Q235，静压头5的材料为刚体材料。

之后施加边界条件及载荷分布，约束平台的所有节点的自由度，采用准静态加载，加载速度0.001m/s；当出现明显破坏时停止加载；若无明显破坏则加载至出现加载力峰值时，停止加载；以0.001m/s速度卸载；输出仿真中测量加载装置的力-位移曲线。

最后分析结果，利用上述步骤建立有限元模型，进行有限元分析，得到碰撞力曲线及纵梁的变形情况，并与整车碰撞中纵梁性能参数进行比较。

通过上述的方式，能够对单独纵梁性能进行分析，同时与实际的使用情况相结合，得出的分析结论综合而全面，为纵梁的性能优化提供全面科学的理论依据。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种前纵梁的性能分析方法，其特征在于，包括：

建立整车正面碰撞有限元分析模型；

获取正面碰撞中的纵梁性能参数；

建立纵梁静压平台分析模型，包括如下步骤：根据整车正面碰撞有限元分析模型仿真纵梁结构；测量纵梁结构尺寸；根据整车前碰撞过程中纵梁后段的变形模式，结合试验可行性要求，搭建纵梁后段静压平台；还包括：将纵梁后段通过固定板和压板进行固定；将纵梁前端与连接板固定连接；将固定板安装在试验台架上；

对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图，包括如下步骤：将纵梁保持在静压过程中；控制静压静压头移动，带动连接板垂直向下运动；得到相应的工装件的应力云图；

根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数；

将纵梁静压平台分析模型获取的纵梁的性能参数与整车正面碰撞中的纵梁性能参数进行比较。

2.根据权利要求1所述的前纵梁的性能分析方法，其特征在于，建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤包括：

根据整车CAD模型建立整车有限元模型，采用壳单元及实体单元对CAD模型进行离散，定义整车模型中材料的属性、参数，接触。

3.根据权利要求1所述的前纵梁的性能分析方法，其特征在于，获取正面碰撞中的纵梁性能参数的步骤包括：

利用现有新车评价规程进行整车正面碰撞分析加载，得出整车正面碰撞性能结果，同时得出正面碰撞中的纵梁性能参数。

4.根据权利要求1所述的前纵梁的性能分析方法，其特征在于，对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析的步骤包括：

用有限元法建立静压平台各部件的网格模型；

采用实体单元对平台进行离散；

定义材料属性、参数、载荷、约束条件。

5.根据权利要求1所述的前纵梁的性能分析方法，其特征在于，根据工装应力云图对工装进行强度校核，获取纵梁的性能参数的步骤包括：

根据工装应力云图对工装进行强度校核，看工装有无发生塑性变形；

根据仿真的动态变形图，看工装有无较大的抖动变形；

若工装不符合要求则返回建立整车正面碰撞有限元分析模型的步骤；

若工装符合要求，则提取静压力随静压距离变化的曲线。

6.根据权利要求1所述的前纵梁的性能分析方法，其特征在于，对纵梁有限元模型结合工况条件进行有限元分析，得到相应的工装的应力云图的步骤包括：采用准静态加载，加载速度0.001m/s；

当出现明显破坏时停止加载；若无明显破坏则加载至出现加载力峰值时，停止加载；

以0.001m/s速度卸载；

输出仿真中测量加载装置的力-位移曲线。