[发明专利]汽车碰撞使用的头部碰撞模型的有限元建模方法及其模型

说明书

本发明公开了一种汽车碰撞使用的头部碰撞模型的有限元建模方法，其包括步骤：建立内层头骨模型，将其半径定义为参数，并将内层头骨模型定义为可变形体单元，并赋以金属材料；建立外层头皮模型，将其厚度定义为参数，并将外层头皮模型定义为可变形体单元，并赋以粘弹性材料；建立盖板模型，并将其定义为不可发生变形的刚性单元；其中，内层头骨模型与盖板模型通过不可变形的刚性体连接；内层头骨模型与外层头皮模型之间通过接触关系连接，并定义二者之间的接触摩擦系数；接触摩擦系数通过摩擦曲线定义。此外，本发明还公开了汽车碰撞使用的头部碰撞模型，其采用上述的有限元建模方法建立。该有限元建模方法可以精准地模拟物理头部模型的属性。

技术领域

本发明涉及一种建模方法及其模型，尤其涉及一种有限元建模方法及其模型。

背景技术

目前在国内汽车行业中，随着汽车需求量及出口量的不断增加，汽车企业针对当前开发车型的安全要求及所销售的国家法规要求，需要满足不同的法规评价。

为了节约实车碰撞的成本，在车型研发初期需要大量的使用有限元计算资源进行碰撞仿真验证及优化。

在汽车行人保护法规碰撞模拟计算中，针对不同的碰撞工况，需要使用不同的头部碰撞模型。例如：车辆前盖前部使用的儿童头型，而车辆前盖后部使用的成人头型。因此，为了使得仿真结果中车辆的评价更加可靠，建立高精度的行人保护法规使用的头部碰撞模型变得十分关键。

基于此，期望获得一种有限元建模方法，其可以精准地模拟物理头部模型的属性，极大程度地提高了模型的运算精度，非常适用于不同头型的法规，进而可以在节约样车成本及提高汽车研发效率起着巨大的作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种汽车碰撞使用的头部碰撞模型的有限元建模方法，其可以精准地模拟物理头部模型的属性，极大程度地提高了模型的运算精度，非常适用于不同头型的法规。此外，本发明所述的有限元建模方法非常有利于节约样车成本，并且可以极大提高汽车研发效率。

为了实现上述目的，本发明提出了一种汽车碰撞使用的头部碰撞模型的有限元建模方法，其包括步骤：

建立内层头骨模型，将其半径定义为参数，并将内层头骨模型定义为可变形体单元，并赋以金属材料；

建立外层头皮模型，将其厚度定义为参数，并将外层头皮模型定义为可变形体单元，并赋以粘弹性材料；

建立盖板模型，并将其定义为不可发生变形的刚性单元；

其中，内层头骨模型与盖板模型通过不可变形的刚性体连接；内层头骨模型与外层头皮模型之间通过接触关系连接，并定义二者之间的接触摩擦系数；所述接触摩擦系数通过摩擦曲线定义。

通过上述的有限元建模方法可以极大地提高头部碰撞模型的精确度，使得所构建得到的头部碰撞模型的碰撞响应与物理模型高度吻合，极大地优化了整车在头部碰撞工况的计算精度。在一些优选的实施方式中，相较于采用单一数值的摩擦力系数，在加载与卸载阶段准确率可以提高30％，这显著地有利于提高车辆自主研发有限元计算的效率和准确性。此外，采用本发明所述的有限元建模方法可以适用于不同的法规，非常有利于节约样车成本，并且可以极大提高汽车研发效率。

进一步地，在本发明所述的有限元建模方法中，摩擦曲线被构造为：随着内层头骨模型与外层头皮模型之间接触压力的增大，摩擦系数减小的曲线。

更进一步地，在本发明所述的有限元建模方法中，摩擦曲线被定义为：

其中，f(p)表示摩擦曲线，c₀、c₂为常数，A表示碰撞过程中的有效接触面积，p表示接触压力。