逆成形有限元法若干关键问题与整车碰撞精细仿真研究

论文摘要

本文提出了一种基于不可展曲面展开理论的修正一步逆成形有限元法初始构形的静力隐式修正算法;并且基于厚板弯曲理论,对于有限元意义下的厚板弯曲一步逆成形展开的一些关键技术进行了研究;选取了对车身正面碰撞结构影响较大的一些零件,应用KMAS/OneStep对其进行了一步逆成形分析,之后采用LS-DYNA软件对某车进行了基于一步逆成形有限元法的碰撞精细仿真分析,主要考虑了厚度和应变的分布对碰撞精度的影响;并且通过MADYMO软件建立乘员约束系统,并根据试验数据对其进行了验证,研究了碰撞精细结构分析对乘员约束系统的影响情况,进一步验证了碰撞精细仿真分析对于碰撞模拟的积极影响。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的依据和意义
• 1.2 板材冲压数值仿真的研究和发展现状
• 1.3 汽车碰撞数值仿真的研究和发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 一步逆成形有限元法的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 物体的变形分析
• 2.3 一步逆成形有限元几何关系
• 2.4 一步逆成形有限元的本构关系
• 2.5 一步逆成形单元节点的内力
• 2.6 一步逆成形的边界条件
• 2.6.1 冲头对板料的作用力
• 2.6.2 压边圈对板料的作用力
• 2.6.3 拉伸筋对板料的作用力
• 2.7 一步逆成形有限元的求解
• 2.8 一步逆成形算法流程
• 2.9 小结
• 第三章 一种修正初始构形的静力隐式算法
• 3.1 引言
• 3.2 不可展曲面展开理论
• 3.3 LBFGS 方程求解算法
• 3.3.1 特殊的BFGS 矩阵
• 3.3.2 LBFGS 方程求解
• 3.4 SIAMIB 算法流程
• 3.5 SIAMIB 算法数值计算结果
• 3.5.1 零件1 的SIAMIB 修正情况
• 3.5.2 零件2 的SIAMIB 修正情况
• 3.5.3 零件3 的SIAMIB 修正情况
• 3.5.4 零件4 的SIAMIB 修正情况
• 3.5.5 求解规模和时间消耗
• 3.6 小结
• 第四章 可展曲面厚板展开算法关键技术
• 4.1 引言
• 4.2 厚板展开的基本理论和算法
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 弯曲段变形区分析
• 4.2.3 弯曲段的本构关系
• 4.2.4 弯曲变形后的厚度
• 4.3 曲面分离算法
• 4.4 半径拟合算法
• 4.4.1 投影面及采样区域的选取
• 4.4.2 坐标转换
• 4.4.3 最小二乘法拟合圆曲线
• 4.5 特殊弯曲段的处理
• 4.5.1 中空问题
• 4.5.2 胀形区域
• 4.6 自由折弯板料展开分析
• 4.7 算法流程
• 4.8 小结
• 第五章 汽车整车碰撞精细分析
• 5.1 引言
• 5.2 显式非线性有限元算法理论基础
• 5.2.1 物质描述
• 5.2.2 守恒方程
• 5.2.3 边界条件
• 5.2.4 有限元法的变分列式
• 5.2.5 空间有限元离散化
• 5.2.6 单元积分和沙漏控制
• 5.2.7 时间中心积分及其稳定性
• 5.2.8 时间步长控制
• 5.3 整车碰撞有限元模型的建立
• 5.3.1 车身有限元模型
• 5.3.2 底盘有限元模型
• 5.3.3 座椅有限元模型
• 5.3.4 整车有限元模型
• 5.3.5 整车有限元模型的调整
• 5.4 正面碰撞模拟精细分析
• 5.5 正面碰撞模拟计算结果的试验验证
• 5.5.1 碰撞变形时间历程
• 5.5.2 车身加速度曲线
• 5.6 整车精细碰撞分析流程
• 5.7 小结
• 第六章 乘员约束系统验证和对比
• 6.1 引言
• 6.2 多刚体动力学理论基础
• 6.2.1 多刚体系统的结构
• 6.2.2 刚体运动学
• 6.2.3 铰接体运动学
• 6.2.4 运动方程
• 6.2.5 数值积分方法
• 6.2.6 稳定性和精度
• 6.3 乘员约束系统模型的建立
• 6.3.1 车内环境模型
• 6.3.2 假人模型
• 6.3.3 安全带模型
• 6.3.4 安全气囊模型
• 6.3.5 接触模型定义
• 6.3.6 乘员约束系统模型
• 6.4 乘员约束系统模型的验证
• 6.4.1 变形历程验证
• 6.4.2 加速度曲线验证
• 6.4.3 伤害准则验证
• 6.5 碰撞精细分析对约束系统仿真的影响
• 6.6 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract