[发明专利]变强度材料的有限元建模方法

说明书

本发明揭示了变强度材料的有限元建模方法，包括：有限元建模步骤，对变强度材料的零件进行整体有限元建模，其中的网格使用可变形壳单元。材料强度变化方向确定步骤，在三维坐标中确定材料强度的变化方向。屈服强度计算步骤，在三维坐标中，根据材料强度的变化方向计算屈服强度，屈服强度在三维坐标中，依据空间位置而连续变化。本发明的变强度材料的有限元建模方法能有效简化变强度零件的建模流程，建模时间可节省80％。另外对比于传统拆分方法的台阶曲线，本发明在过渡区的屈服强度使用连续曲线，准确度可提高30％。

技术领域

本发明涉及汽车研发制造领域，更具体地说，涉及变强度材料零部件的建模方法。

背景技术

目前，国内汽车行业蓬勃发展，汽车安全相关的各项法规和评价系统也日趋精细和严格。为了节约整车开发成本，在车型研发初期大量使用计算机辅助仿真运算来对设计进行验证和优化。计算机仿真实现成本低、节奏快，能够很好地满足行业的需求。在计算机仿真的应用中，利用有限元计算进行仿真得到了广泛运用，尤其在碰撞仿真验证及优化方面，主要采用有限元建模进行模拟仿真。

随着各项安全标准和环保要求的提升，各种新型材料在实车中的应用也越来越广泛。其中一种重要的新型材料就是变强度材料，主要用于A柱、B柱等重要的车身结构件。

变强度材料是指，同一个零件在不同区域具有不同的强度属性。将常温下的22MnB5钢板加热到880℃～950℃，使之均匀奥氏体化，通过控制不同位置的冷却速度来影响奥氏体转化为马氏体的程度，从而实现不同部位强度差异化，获得变强度零件。

由于变强度材料的零件上不同位置的屈服强度是不同的，因此在进行建模时比较麻烦，需要对不同位置的屈服强度分别进行运算。

图1、图2a和图2b揭示了现有技术中对变强度材料的零件进行有限元建模并计算屈服强度的过程。其中图1揭示了变强度材料的B柱零件的有限元模型。图2a和图2b揭示了现有技术中对变强度材料的B柱零件进行屈服强度计算的过程。

参考图1所示，变强度材料的B柱零件包括三个区域：软驱、过渡区和硬区。软区102的屈服强度固定为σ₁，硬区106的屈服强度固定为σ₂，过渡区104的屈服强度是逐渐变化的，过渡区104与软区102相接的部分的屈服强度与软区102相同，为σ₁，过渡区104与硬区106相接的屈服强度与硬区106相同，为σ₂。在过渡区104内部，屈服强度逐步从σ₁变化至σ₂。B柱零件主要是沿Z向延伸，因此变强度材料的B柱零件的材料强度变化是沿着Z向变化，是一维变化。就Z向的空间位置而言，l₁为过渡区靠近软区一端的空间位置，l₂为过渡区靠近硬区一端的空间位置。或者说，l₁以下为软区102，l₁与l₂之间为过渡区104，l₂以上为硬区106。

结合图1所示，假设变强度材料的B柱零件的参数如下：长度单位为毫米，在全局坐标中，B柱Z方向小于180mm范围内为软区，屈服强度为400MPa。Z方向180-410mm范围内为过渡区，屈服强度为400MPa-1200MPa，从下到上，线性变化。Z方向大于410mm的范围为硬区，屈服强度为1200MPa。具体材料性能由钢材供应商提供。

参考图2a和图2b所示，在现有技术中对B柱零件进行屈服强度计算的过程和结果如下：

首先把变强度零件B柱根据强度的变化，拆分为硬区、过渡区和软区。

将硬区划分网格，网格使用可变形壳单元。

给硬区赋予材料，定义材料屈服强度为1200Mpa。

将软区划分网格，网格使用可变形壳单元。

给软区赋予材料，定义屈服强度为400MPa。