[发明专利]车钩橡胶缓冲器的有限元仿真方法

说明书

本发明涉及车辆模拟仿真技术领域，公开了一种车钩橡胶缓冲器的有限元仿真方法，以真实模拟车钩橡胶缓冲器冲击过程中真实的特性。本发明方法包括：将两个缓冲器内侧的钢板的自由度完全约束，然后由另外两侧向内侧准静态施压，停止时间设置为两个缓冲器都达到安装高度时的时刻，在LS‑DYNA软件中求解缓冲器的预压缩过程生成dynain文件；然后根据dynain文件得到LS‑DYNA软件计算碰撞用的默认求解文件，以及将橡胶材料被压缩前的节点坐标信息更新到该默认求解文件并结合橡胶材料压缩后的节点坐标信息得到考虑橡胶材料预应力的最终求解文件；最后根据最终求解文件在LS‑DYNA软件进行车钩橡胶缓冲器的碰撞冲击仿真。

技术领域

本发明涉及车辆模拟仿真技术领域，尤其涉及一种车钩橡胶缓冲器的有限元仿真方法。

背景技术

动车组车钩橡胶缓冲器拥有成本低、制作工艺简单和在冲击过程中耗能大等特点，已被广泛用于动车组车辆间的吸能。作为动车组被动安全保护中重要的吸能部件之一，车钩橡胶缓冲器在冲击过程中的吸能特性是设计工作中需要考虑的重要参数之一。然而碰撞试验成本投入大，试验设计与实施的周期长，需要用有限元仿真的方法来预测车钩橡胶缓冲器在冲击过程中的吸能表现。

橡胶作为该缓冲器中的重要吸能元件，其仿真建模的准确性至关重要。现有技术中对橡胶材料的仿真多采用基于应变能密度的传统的材料本构模型，如：Mooney-Rivlin,Arruda-Boyce,Van der Waals和Marlow等橡胶材料本构模型。这些材料模型中都存在大量的材料常数，使用这些材料模型是就必须准确确定这些材料常数。对这些材料常数的确定要进行大量的数据处理和曲线拟合等工作，这是一个非常复杂和耗时的过程。而在工程设计与研究中，一般只有有限的时间来做模拟仿真，因此，寻求一种避免大量材料常数拟合的橡胶本构模型将会大大提高设计与研究工作的效率。

另外，动车组车钩橡胶缓冲器是先通过压缩之后再装入缓冲器框体中的，缓冲器在工作过程中不论是受压缩力还是拉伸力都处于压缩状态。要正确模拟该缓冲器，必须准确考虑橡胶的预应力。现有的建模方法是将缓冲器模型由原始尺寸等比例缩放至压缩后的尺寸，然后通过原始缓冲器模型和压缩后模型的节点坐标之间的差值来计算橡胶的预应力。然而这种方法对于缓冲器中橡胶在安装时的真实形态的捕捉是不正确的。因此这种做法并不能真实的模拟动车组车钩橡胶缓冲器冲击过程中真实的特性。

发明内容

本发明目的在于公开一种车钩橡胶缓冲器的有限元仿真方法，以真实模拟车钩橡胶缓冲器冲击过程中真实的特性。

为实现上述目的，本发明公开了一种车钩橡胶缓冲器的有限元仿真方法，包括：

步骤A、将1号缓冲器和2号缓冲器的内侧的钢板的自由度完全约束，然后由另外两侧向内侧准静态施压，停止时间设置为两个缓冲器都达到安装高度时的时刻，在LS-DYNA软件中求解缓冲器的预压缩过程生成dynain文件，所述dynain文件包括在关键字*INTERFACE_SPRINGBACK_LSDYNA_NOTHICKNESS打开状态下所保留的橡胶材料压缩后的节点坐标信息(但该dynain文件中没有关键字*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETRY的相关信息)；并在Hypermesh有限元前处理软件中打开关键字*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETRY获取所述橡胶材料被压缩前的节点坐标信息并保存；

步骤B、在所述关键字*INITIAL_FOAM_REFERENCE_GEOMETRY打开状态下，根据所述dynain文件在所述Hypermesh有限元前处理软件中得到所述1号缓冲器和2号缓冲器压缩后安装在所述车钩橡胶缓冲器框体中的有限元模型，得到LS-DYNA软件计算所述车钩橡胶缓冲器碰撞用的考虑所述橡胶材料预应力的默认求解文件；