[发明专利]快速匹配车辆正碰有限元模型的方法

说明书

技术领域

本发明设计一种汽车计算机辅助设计领域的方法，尤其是一种快速匹配车辆正碰有限元模型的方法。

背景技术

近年来，我国汽车保有量大幅增长，使得道路上车辆密度随之大幅增加；另一方面随着各种基础设施的不断完善，如大范围的修建高速公路等，让车辆的行驶速度也比往年高许多,这就造成了汽车事故的多发，为此国家制定了相关法规对汽车安全性做出要求，如GB 11551-2003，还有一些半官方的组织如C-NCAP也不定期抽查车辆，进行碰撞测试，而后将其安全性能向消费者公布。车辆的安全性能如今已同燃油经济性、外观一样被消费者作为购买与否的重要参考之一,这些因素促使汽车厂商必须提供安全性能更高的车辆，才可能在市场上获得成功。

过去车辆安全性能开发以及测试主要通过试验来完成，这种方法成本高，因为必须等到样车出来之后才能进行碰撞试验,其周期长（3到5年），但由于行业竞争不断加剧，厂商都尽力将开发周期压缩到两年以内。因此，有限元方法应运而生了，因为它可以在车辆开发初期仅依靠数模，利用有限元方法，就可以进行汽车的安全性能分析，而不必等到样车出来再进行试验，从而大幅缩短了汽车开发周期。

目前有限元法在车辆正碰开发中的主要使用流程为：，首先建立标杆车的有限元碰撞模型，将该模型与标杆车的实验匹配好然后设计车的模型，仅需要在该匹配好的标杆车的模型上进行相应更改（比如机舱盖造型改变，纵梁材料改变等等），而后用更改后的模型进行虚拟碰撞仿真，就可以评判设计车的安全性能，而不必等到样车出来后才通过试验来评定设计车的安全性能。这样一方面节省时间，缩短开发周期，另一方面节约了一些不必要的试制样车，降低了成本。为了提供准确的仿真结果，明确的给予设计以指导，首先必须要有一个匹配的非常准确的标杆车的有限元模型。目前车辆有限元碰撞仿真的最主要一个环节就是匹配模型，只有匹配好了，用有限元仿真车辆碰撞才有意义，才能真正的指导设计，而匹配车辆碰撞模型的重心是要匹配好车辆的正碰模型，然后再是其它比如偏置碰撞和侧面碰撞模型。

目前匹配车辆正碰有限元模型的方法主要是：首先由CAD数模，画网格，然后是赋材料，建好模型之后进行碰撞仿真，将仿真结果与试验进行对比（主要是对比车体加速度），如果仿真与试验一致，则该模型匹配完成，可以进行下一步的设计了；如果仿真与试验不同，则需要更改模型里面的相关参数，而后再次进行仿真，将仿真结果再次与试验对比，看是否与试验一致，如果一致则输出模型，否则继续更改模型相关参数然后再次仿真，如此不断循环直到仿真与试验一致为止。然而影响车辆正碰的主要因素一般会有纵梁材料的种类，纵梁的厚度，发动机螺栓的性能（碰撞中是否断裂，断裂时间），副车架的安装螺栓的性能（碰撞中一般会断，它的断裂时间），材料种类，厚度一般有2-4个变化范围，如用普通高强钢，双相钢，或TRIP钢材，而螺栓断裂时间的变化范围会很广，可能断，也可能不断，时间可能从0毫米直到碰撞后期，如果将这些参数的每种变化都进行一次仿真，再考率这些参数之间的组合关系，将会是非常大的数据，（仅螺栓的断裂时间从0到120毫秒，如果精确到毫秒就要120种可能），车辆碰撞仿真对计算机硬件的需求较高，仿真运算时间长，一般100万个单元的正碰模型，用4CPU，4G内存的计算机，仿真一次就要16小时以上。使用这种技术方案，没有重点，经常由于考虑的参数变化范围广，需要循环次数多，匹配过程持续时间太长，且得不到与试验匹配较好的模型，工程师不得不降低匹配精度要求，而进入下一设计环节，从而又导致后续的仿真设计精度都不高。 因此，现行技术方案试验周期长，且精度不高。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种能够缩短车辆正碰有限元模型设计周期的快速匹配车辆正碰有限元模型的方法，其精度较高。

为实现上述目的，本发明的快速匹配车辆正碰有限元模型的方法，包括如下步骤：

步骤一、获取碰撞数据、CAD数模及相关参数：对标杆车进行正面碰撞，获取标杆车在碰撞过程中的溃缩距离与时间曲线及正碰试验数据、车辆CAD数模，同时获取标杆车的各种参数；

步骤二、创建正向有限元模型：对撞壁的车辆模型各部件进行网格划分，并对各部件赋予部件相应材料特性，创建车辆有限元模型；

步骤三、初步仿真运算：将生成的车辆有限元模型提交到运算器中，进行碰撞仿真，并将碰撞仿真过程数据输出；

步骤四、创建逆向有限元模型：使壁障撞向步骤二中的车辆有限元模型，方向为与试验中车辆运动方向相反，将标杆车在碰撞过程中的溃缩距离与时间曲线赋予壁障，使壁障的位移与时间关系按该曲线进行；