[發(fā)明專利]一種碰撞蜂窩壁障粘結(jié)膠體的有限元模型設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112163363B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁巨岳;黃良偉;孫旭生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中氐實業(yè)股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F30/17
• 代理公司: 北京律遠專利代理事務所(普通合伙) 11574
• 代理人: 王冠宇

本發(fā)明公開了一種碰撞蜂窩壁障粘結(jié)膠體的有限元模型設(shè)計方法，包括用橫截面為六邊形的殼單元和將六邊形殼單元的六個面之間切開豁口，然后將六個面朝內(nèi)彎折九十度，形成法蘭面。再通過平行拉伸的方法在每一個法蘭面的殼單元上生成六面立方體單元，這些體單元的一個表面與法蘭面上的殼單元通過同節(jié)點連接，與此表面相平行的立方體的另外一個面上的節(jié)點，通過數(shù)學耦合算法連接在壁障模型的前蓋板上。通過這種特殊的粘結(jié)膠模型將吸能蜂窩狀壁障粘結(jié)在蓋板和中間隔板上，形成三塊一體的整塊壁障，將整體的蜂窩狀壁障模塊安裝在固定安裝板之上，將壁障整體通過安裝板固定在碰撞剛性臺車或剛性墻體上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用有限元算法仿真建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碰撞蜂窩壁障粘結(jié)膠的有限元模型設(shè)計方法。

背景技術(shù)

目前在全球汽車行業(yè)中，隨著汽車安全性能要求的不斷提高，汽車企業(yè)針對開發(fā)車型的安全要求及不同國家法規(guī)要求，在車型研發(fā)過程中為了節(jié)約實車碰撞的成本，需要大量的使用有限元計算進行虛擬碰撞仿真模擬。在汽車正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾碰撞虛擬模擬過程中，根據(jù)不同的法規(guī)要求，使用不同的壁障模擬，此虛擬仿真的邊界條件施加與實際碰撞實驗室中的整車碰撞設(shè)置完全一致。

為了使得CAE仿真計算結(jié)果與實際碰撞結(jié)果的一致性更高、仿真的精度更好，必須設(shè)計高精度的有限元碰撞壁障，使得虛擬仿真的壁障與實際碰撞過程中的壁障有更高的一致性，這樣的壁障在虛擬CAE計算中能夠更好的指導車型的開發(fā)工作。

早期的有限元壁障模型大都通過Solid體單元來模擬，如德國GNS公司、英國Arup公司早期的有限元壁障模型，基本都采用Solid體單元來模擬蜂窩鋁的力學特性，這是由于在二十年前計算機的計算能力有限，在模型的開發(fā)過程中必須通過一定的簡化來模擬實際中的蜂窩鋁特性。隨著計算機速度的高速發(fā)展，人們傾向于采用殼單元來模擬實際中的蜂窩鋁，這不僅在外形上與實際的蜂窩鋁更為接近，還避免了體單元在模擬蜂窩鋁上的一些先天缺陷。實際的蜂窩鋁變形中，蜂窩鋁在三維不同方向上的結(jié)構(gòu)是完全不同的，體單元從幾何結(jié)構(gòu)上來看是各向同性的，在仿真的模擬中對于剪切力的模擬精度不夠，在很多時候表現(xiàn)出比實際“過硬”的特征，這樣的精度很難滿足現(xiàn)在設(shè)計開發(fā)的要求。

近年來，由于計算機速度的不斷提升，給工程師提供了采用大規(guī)模殼單元開發(fā)碰撞有限元壁障的可能，比如德國GNS公司和英國Arup公司的殼單元壁障，都采用了殼單元的模擬方法，相對于之前的體單元壁障模型，精度有了進一步的提升。

殼單元壁障的開發(fā)中一個最為關(guān)鍵的技術(shù)就是如何模擬實物壁障中的粘結(jié)膠。隨著汽車安全標準的不斷提升，整車碰撞安全開發(fā)中對蜂窩壁障的要求不僅僅局限于滿足壁障的剛度要求，還要求壁障撞擊面蓋板上的撕裂性能。然而，蓋板的撕裂性能很大程度上受制于蓋板與蜂窩鋁之間粘結(jié)膠體的強度性能。同時，在一個實物的蜂窩鋁壁障中，六邊形腔體之間是通過膠體粘結(jié)在一起，如何更為精準的模擬膠體的性能，成為設(shè)計蜂窩鋁有限元模型的一個技術(shù)難點。

目前全球范圍內(nèi)，針對粘結(jié)膠的模型設(shè)計方法主要有兩種開發(fā)路徑。其一是針對六邊形蜂窩腔體之間的膠體，現(xiàn)有的技術(shù)是通過簡化的方式進行，不單獨設(shè)計膠體的模型，忽略粘結(jié)膠的特殊結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計蜂窩腔體相鄰的粘結(jié)邊上單元的失效準則來模擬膠體的失效和蜂窩的撕裂特征。這種方法的缺點就是不能非常準確的模擬蜂窩腔體內(nèi)部膠體粘結(jié)部位的撕裂和失效特征。其二是采用桿單元簡化替代的方式，使用桿單元來連接蜂窩塊端口與蓋板之間的單元，通過設(shè)置桿單元的強度以及失效特征來模擬膠體的撕裂和失效模式。針對早期法規(guī)標準不要求考察蓋板撕裂特征的情況，這種方法能夠較好的模擬碰撞過程中壁障的剛度和變形。但是，隨著全球碰撞法規(guī)要求的不斷提升，譬如中國版C-NCAP2021標準中，針對兩車對碰的MPDB工況，碰撞仿真模擬的有限元壁障不僅要考察碰撞過程中壁障的剛度和變形，還要考慮壁障前端與蜂窩腔體粘結(jié)的蓋板是如何變形、如何撕裂。現(xiàn)有的壁障模型建模方法不能夠精確的模擬這一問題，這對碰撞安全壁障的開發(fā)提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容