在汽車碰撞中采用dem完成防撞桶建模的方法
【專利摘要】在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，防撞桶自身采用三維shell薄殼單元進(jìn)行離散，并賦予可失效的高分子脆性材料；對內(nèi)腔空間采用適宜半徑尺寸的顆粒，給定適宜的剛度和阻尼參數(shù)，以保證計算步長和計算精度與FEM模型的統(tǒng)一性；顆粒與shell單元之間采用通用的罰函數(shù)接觸，為保持接觸的穩(wěn)定性，需要在顆粒邊界留出適宜的間隙以保證接觸厚度；防撞桶個體完成后，引入車輛有限元模型，進(jìn)行整車碰撞分析，即可提高分析的精度，給出更真實(shí)的碰撞結(jié)果。
【專利說明】
在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于汽車碰撞建模領(lǐng)域，具體說是一種在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CAE技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用已日漸完善，從汽車零部件設(shè)計到整車性能分析;從汽車結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度到內(nèi)外流場分析;從傳統(tǒng)材料的使用到新型材料的輕量化要求，CAE技術(shù)均發(fā)揮著巨大的指導(dǎo)作用。尤其在汽車碰撞領(lǐng)域，CAE分析已形成了成熟的NCAP等一系列規(guī)范，在車輛碰撞事件中給予了詳細(xì)的分析指導(dǎo)。然而現(xiàn)階段車輛碰撞事件CAE仿真中，是以FEM為主的。FEM雖然具有高效、穩(wěn)定、高精確度的優(yōu)點(diǎn)，也存在一些無法避免的缺陷，如較高的網(wǎng)格依賴性等。
[0003]裝有泥沙的防撞桶是道路交通中常見的防撞設(shè)施，在車輛碰撞中屬于典型的單車事故。在對車輛撞擊防撞桶的仿真過程中，泥沙是不能忽略的部分，其不僅提供了必要的質(zhì)量和必要的剛度，而泥沙在低速碰撞中的晃動對車輛的加速度響應(yīng)也有明顯的影響。尤其在車輛高速碰撞時，防撞桶的破損，導(dǎo)致泥沙流出帶來的質(zhì)量和剛度的巨大變化，以及泥沙影響路況，造成車輛的二次事故，更是不能忽略的。由于泥沙具有較強(qiáng)的非連續(xù)性介質(zhì)特點(diǎn)，如果采用FEM無法真實(shí)表達(dá)泥沙顆粒的運(yùn)動軌跡和力學(xué)行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在上述缺點(diǎn)或者不足，本發(fā)明提供了一種在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，不僅物質(zhì)的運(yùn)動得以完整描述，作為一種無網(wǎng)格技術(shù)，DEM也不存在網(wǎng)格的依賴性，即便被撞后散落地面，仍能進(jìn)一步表達(dá)對車輪行駛帶來的二次事故影響。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，具體步驟如下:
[0006]S1.防撞桶自身進(jìn)行離散，并賦予可失效的高分子脆性材料；
[0007]S2.采用DEM技術(shù)填充內(nèi)腔介質(zhì)；
[0008]S3.引入整車模型，完成碰撞前處理；
[0009]S4.對整車碰撞進(jìn)行仿真分析:如參數(shù)合理說明車輛運(yùn)行軌跡、零部件損傷情況、被撞物的破壞狀態(tài)與實(shí)測結(jié)果基本一致;如參數(shù)不合理則調(diào)整參數(shù)設(shè)置。
[0010]進(jìn)一步的，防撞桶自身采用三維shell薄殼單元分網(wǎng)進(jìn)行離散。
[0011]進(jìn)一步的，采用DEM顆粒模擬泥沙，填充腔內(nèi)的空間。
[0012]進(jìn)一步的，采用DEM顆粒填充腔內(nèi)80%-85%的空間。
[0013]進(jìn)一步的，通過試參法和對標(biāo)確定DEM顆粒合適半徑尺寸和參數(shù)。
[0014]進(jìn)一步的，采用罰函數(shù)設(shè)置指定顆粒與有限元FEM模型的接觸。
[0015]進(jìn)一步的，在DEM顆粒邊界留出間隙以保證接觸厚度。
[0016]作為更進(jìn)一步的，對于不規(guī)則內(nèi)腔的離散顆粒生成時，將防撞桶進(jìn)行兩層建模，夕卜層是桶，內(nèi)層是桶里介質(zhì)以描述介質(zhì)的邊界，填充時按內(nèi)層實(shí)際填充空間。
[0017]作為更進(jìn)一步的，填充后將內(nèi)層刪除。
[0018]作為更進(jìn)一步的，步驟S4中如果參數(shù)不合理，根據(jù)碰撞結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的差異程度，來找到引起差異的原因，采用試參法等方法進(jìn)行標(biāo)定。
[0019]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，能夠取得如下的技術(shù)效果:
[0020]1、完整地表達(dá)了腔內(nèi)介質(zhì)顆粒，泥沙的運(yùn)動軌跡及其力學(xué)行為，大大提高了碰撞事件的真實(shí)性；
[0021 ] 2、提尚了車輛加速度響應(yīng)等特征值的數(shù)據(jù)精確性，以提尚定損評估中的可靠性；
[0022]3、對介質(zhì)顆粒大小及剛度的有效控制，在保證計算精度的同時降低計算時間，較其他方法有比較明顯的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0023]本發(fā)明共有附圖5幅:
[0024]圖1為本發(fā)明流程框圖；
[0025]圖2為防撞桶的shell有限元模型；
[0026]圖3為內(nèi)腔介質(zhì)顆粒的填充以及接觸邊界的處理后的示意圖；
[0027]圖4為引入整車模型后的示意圖；
[0028]圖5為整車碰撞仿真分析示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ] DEM是由Cundal I提出的一種離散元方法，在解決非連續(xù)介質(zhì)問題上有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。在實(shí)際工程應(yīng)用中，以三維球體單元模擬離散顆粒較為常見，顆粒之間的界面力主要包括接觸力、滾動力矩、阻尼力以及粘連時的粘結(jié)力。在采用DEM技術(shù)模擬整車碰撞時，以單個防撞桶為例，給出一般的分析過程:
[0032]在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，具體步驟如下:
[0033]S1.防撞桶自身采用三維shell薄殼單元分網(wǎng)進(jìn)行離散，并賦予可失效的高分子脆性材料；
[0034]S2.采用DEM技術(shù)填充內(nèi)腔介質(zhì):采用DEM顆粒模擬泥沙，填充腔內(nèi)80%-85%的空間，通過試參法和對標(biāo)確定DEM顆粒合適半徑尺寸和參數(shù)，并采用罰函數(shù)設(shè)置指定顆粒與有限元FEM模型的接觸，在DEM顆粒邊界留出間隙以保證接觸厚度
[0035]S3.引入整車模型，完成碰撞前處理；
[0036]S4.對整車碰撞進(jìn)行仿真分析:如參數(shù)合理說明車輛運(yùn)行軌跡、零部件損傷情況、被撞物的破壞狀態(tài)與實(shí)測結(jié)果基本一致;如果參數(shù)不合理，根據(jù)碰撞結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的差異程度，來找到引起差異的原因，采用試參法等方法進(jìn)行標(biāo)定。
[0037]對于不規(guī)則內(nèi)腔的離散顆粒生成時，將防撞桶進(jìn)行兩層建模，外層是桶，內(nèi)層是桶里介質(zhì)以描述介質(zhì)的邊界，填充時按內(nèi)層實(shí)際填充空間，填充后將內(nèi)層刪除。
[0038]防撞桶自身采用三維shell薄殼單元進(jìn)行離散，并賦予可失效的高分子脆性材料；對內(nèi)腔空間采用適宜半徑尺寸的顆粒，給定適宜的剛度和阻尼參數(shù)，以保證計算步長和計算精度與FEM模型的統(tǒng)一性;顆粒與shell單元之間采用通用的罰函數(shù)接觸，為保持接觸的穩(wěn)定性，需要在顆粒邊界留出適宜的間隙以保證接觸厚度;防撞桶個體完成后，引入車輛有限元模型，進(jìn)行整車碰撞分析，即可提高分析的精度，給出更真實(shí)的碰撞結(jié)果。整車碰撞中采取對顆粒大小以及剛度、阻尼系數(shù)的控制，在保證求解精度的前提下來控制求解時間。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，具體步驟如下: 51.防撞桶自身進(jìn)行離散，并賦予可失效的高分子脆性材料； 52.采用DEM技術(shù)填充內(nèi)腔介質(zhì)； 53.引入整車模型，完成碰撞前處理； 54.對整車碰撞進(jìn)行仿真分析:如參數(shù)合理說明車輛運(yùn)行軌跡、零部件損傷情況、被撞物的破壞狀態(tài)與實(shí)測結(jié)果一致;如參數(shù)不合理則調(diào)整參數(shù)設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，防撞桶自身采用三維shell薄殼單元分網(wǎng)進(jìn)行離散。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用DEM顆粒模擬泥沙，填充腔內(nèi)的空間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用DEM顆粒填充腔內(nèi)80 % -85 %的空間。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，通過試參法和對標(biāo)確定DEM顆粒半徑尺寸和參數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，采用罰函數(shù)設(shè)置指定顆粒與有限元FEM模型的接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，在DEM顆粒邊界留出間隙以保證接觸厚度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，對于不規(guī)則內(nèi)腔的離散顆粒生成時，將防撞桶進(jìn)行兩層建模，外層是桶，內(nèi)層是桶里介質(zhì)以描述介質(zhì)的邊界，填充時按內(nèi)層實(shí)際填充空間。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，填充后將內(nèi)層刪除。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在汽車碰撞中采用DEM完成防撞桶建模的方法，其特征在于，步驟S4中如果參數(shù)不合理，根據(jù)碰撞結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的差異程度，來找到引起差異的原因，采用試參法方法進(jìn)行標(biāo)定。
【文檔編號】G06F17/50GK105956266SQ201610282045
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】田雨農(nóng), 王冬
【申請人】大連樓蘭科技股份有限公司