汽车正碰有限元仿真分析精度影响因素研究

论文摘要

随着国内汽车市场的持续火爆，我国汽车保有量的增长极其迅速，汽车碰撞安全问题也因此越来越受到人们的关注。由于实车碰撞具有费用昂贵、实验数据采集困难、产品开发周期过长等缺点，使得有限元仿真模拟技术作为一种行之有效的汽车安全性研究方法日益得到各大汽车厂商的认可，并已经被广泛采用。汽车碰撞有限元仿真分析是一个非常复杂的工程，仿真精度会受到各种不同因素的影响，如何权衡各因素对仿真效率及仿真精度的影响，一直是碰撞仿真研究的一个热点。本文综合描述了影响碰撞仿真分析精度的常见因素，并根据实际项目经验，对影响较大的如焊点模拟方法，材料的应变率效应及冲压成形结果等因素进行了重点研究。文章主要研究了焊点模拟方法、材料应变率效应及冲压成形结果对正面碰撞仿真结果的影响。通过分析焊点实际受力状态，提出一种更为准确的焊点模型，这种实体单元集合焊点模型在模拟及预测焊点失效方面较传统Beam单元具有非常大的优势；研究弹塑性材料的应变率特性，并通过分析确定弹塑性材料应变率效应对碰撞性能有较大的影响，在碰撞模型中必须对其加以考虑；通过简单的薄壁梁碰撞试验分析对比，发现材料冲压成形结果对碰撞结果有较大的影响，并且对比一步成形法与迭代成形法的优劣，确定一步法效率较迭代法要高很多，因此建议在整车碰撞仿真中考虑冲压成形影响时使用一步成形法。论文研究结果表明：在整车碰撞仿真分析中，应用新焊点模型，并考虑材料应变率效应以及冲压成形结果能够显著的提高模型精度，有效缩减车辆碰撞安全开发周期，降低开发成本。整车碰撞实验结果表明，在碰撞仿真模型中同时考虑三种因素能够准确的预测实验结果，从而使最终车身结构优化方案准确有效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 汽车碰撞安全性研究的意义
• 1.1.2 汽车正面碰撞研究的意义
• 1.1.3 汽车碰撞安全法规
• 1.2 国内外汽车碰撞安全研究的发展
• 1.2.1 国外汽车碰撞安全研究的发展
• 1.2.2 国内汽车碰撞安全研究的发展
• 1.3 正碰有限元仿真分析精度影响因素
• 1.3.1 沙漏控制
• 1.3.2 单元尺寸影响
• 1.3.3 单元时间步长控制算法
• 1.3.4 焊点模拟方法影响
• 1.3.5 材料模型影响
• 1.3.6 冲压成形结果影响
• 1.4 本课题的研究目的和意义
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第二章 汽车正面碰撞仿真基础及评价方法
• 2.1 前言
• 2.2 碰撞有限元仿真基本理论
• 2.2.1 非线性有限元控制方程
• 2.2.2 有限元空间离散
• 2.3 正面碰撞有限元仿真模型的建立
• 2.3.1 碰撞有限元模型的建模平台
• 2.3.2 碰撞有限元模型的建立
• 2.3.3 碰撞有限元模型概况
• 2.4 汽车正面碰撞评价指标
• 2.4.1 乘员损伤指标
• 2.4.2 约束系统性能
• 2.4.3 车身结构性能
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于正面碰撞仿真的实体单元集合焊点模拟方法研究
• 3.1 前言
• 3.2 常用焊点模拟方法
• 3.2.1 无质量刚性梁焊点模型
• 3.2.2 Beam 单元焊点模型
• 3.2.3 体单元焊点模型
• 3.3 实体单元集合焊点模拟方法
• 3.3.1 焊点受力分析
• 3.3.2 实体单元集合模拟方法
• 3.4 薄壁梁碰撞模拟及实验验证
• 3.4.1 薄壁梁落锤碰撞试验
• 3.4.2 仿真与试验结果对比
• 3.5 焊点失效模拟
• 3.5.1 失效机理
• 3.5.2 焊点失效模拟方法
• 3.5.3 失效参数测定实验
• 3.6 实体单元焊点对整车碰撞性能的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 材料应变率效应对整车正碰性能的影响研究
• 4.1 前言
• 4.2 弹塑性材料的应变率特性
• 4.3 应变率效应对车身变形的影响
• 4.3.1 对整车变形的影响
• 4.3.2 对前纵梁变形的影响
• 4.4 应变率效应对正面碰撞性能参数的影响
• 4.4.1 对车身 B 柱加速度曲线的影响
• 4.4.2 对碰撞力的影响
• 4.4.3 对碰撞能量的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 冲压成形对整车正碰性能的影响研究
• 5.1 前言
• 5.2 冲压成形有限元基础
• 5.2.1 冲压成形工艺对零件的影响
• 5.2.2 一步法基本原理
• 5.2.3 增量法基本原理
• 5.3 薄壁梁的碰撞仿真和实验分析
• 5.3.1 薄壁梁的有限元仿真建模
• 5.3.2 薄壁梁的成形性分析
• 5.3.3 薄壁梁碰撞结果分析
• 5.4 基于一步成型法的整车正面碰撞仿真研究
• 5.4.1 考虑冲压影响的零部件确定
• 5.4.2 考虑冲压成型影响的整车正面碰撞仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 不同因素对整车正碰分析精度影响研究
• 6.1 不同因素模型建模对比
• 6.1.1 实体单元焊点模型建模
• 6.1.2 材料应变率模型建模
• 6.1.3 冲压成形结果模型建模
• 6.2 方案确定及计算效率对比
• 6.2.1 分析方案确定
• 6.2.2 计算效率对比
• 6.3 仿真分析结果对比
• 6.3.1 碰撞变形过程
• 6.3.2 碰撞能量吸收情况
• 6.3.3 车辆耐撞性能评价
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文