[发明专利]一种汽车碰撞蜂窝壁障的有限元模型设计方法

说明书

本发明公开了一种汽车碰撞蜂窝壁障的有限元模型设计方法，包括用横截面为六边形的壳单元和将六边形壳单元的六个面连接起来的梁单元搭建蜂窝状六边体结构，再形成吸能蜂窝状壁障前、中、后端块体结构模型，形成三块一体的整块壁障，将整体的蜂窝状壁障模块安装在固定安装板之上，将壁障整体通过安装板固定在碰撞刚性台车上，通过梁单元的连接，将截面呈蜂窝六边形孔周边的六面连接起来，形成一个连接一体的蜂窝六边形结构体，建立与壁障模型块对应的模板文件，用于计算结果的自动化报告输出。本发明中的六边形周边六个边不是同节点相连的，而是通过梁单元将相临的边连接在一起，此连接方法是区别于目前所有壁障模型的最大特征。

技术领域

本发明涉及到有限元仿真建模技术领域，具体涉及一种汽车碰撞蜂窝壁障的有限元模型设计方法。

背景技术

目前在全球汽车行业中，随着汽车安全性能要求的不断提高，汽车企业针对开发车型的安全要求及不同国家法规要求。在车型研发过程中为了节约实车碰撞的成本，需要大量的使用有限元计算进行虚拟碰撞仿真模拟。在汽车正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞虚拟模拟过程中，根据不同的法规要求，使用不同的壁障模拟，此虚拟仿真与实际碰撞实验室中的整车碰撞设置完全一致。

为了使得CAE仿真计算结果与实际碰撞结果的一致性更高、仿真的精度更高，必须设计高精度的有限元碰撞壁障，使得虚拟仿真的壁障与实际碰撞过程中的壁障台车有更高的一致性，这样的壁障在虚拟CAE计算中能够更好的指导车型的开发工作。

早期的有限元壁障模型大都通过Solid体单元来模拟，如德国GNS公司、英国Arup公司早期的有限元壁障模型，基本都采用Solid体单元来模拟蜂窝铝的力学特性，这是由于在二十年前计算机的计算能力有限，在模型的开发过程中必须通过一定的简化来模拟实际中的蜂窝铝特性。随着计算机速度的高速发展，人们倾向于采用壳单元来模拟实际中的蜂窝铝，这不仅在外形上与实际的蜂窝铝更为接近，还避免了体单元在模拟蜂窝铝上的一些先天缺陷。实际的蜂窝铝变形中，蜂窝铝在三维不同方向上的结构是完全不同的，体单元从几何结构上来看是各向同性的，在仿真的模拟中对于剪切力的模拟精度不够，在很多时候表现出比实际“过硬”的特征，这样的精度很难满足现在设计开发的要求。

近年来，由于计算机速度的不断提升，给工程师提供了采用大规模壳单元开发碰撞有限元壁障的可能，比如德国GNS公司和英国Arup公司的壳单元壁障，都采用了壳单元的模拟方法，相对于之前的体单元壁障模型，精度有了进一步的提升。

壳单元壁障的开发目前常规的有两种开发路径。其一是采用与实际壁障孔径相同的等孔径方法，这样建立的模型与实际中的物理壁障结构完全一致，但是由于单元数量巨大，耗费巨大的计算资源，极大的影响整车开发进度，一般比较少采用此方法。其二是采用简化的等刚度模型，有限元模型中的孔径一般大于实际物理壁障的孔径，通过一定的材料参数拟合，实现有限元壁障模型和物理壁障有相同的动刚度等物理性能。这种方法是目前较常用的有限元壁障模型搭建方法，比如美国LSTC公司的壳单元壁障模型、德国GNS公司的壳单元壁障模型和英国Arup公司的壳单元壁障模型，均采用这种孔径较大的方式来模拟实际中的物理壁障。

在实际的使用过程中，传统常规的壁障有限元模型，他的建模方法很好的模拟了壁障的压溃，但是在一些过高速的冲击模拟中，对于蜂窝铝之间的撕裂，有时候不能更为详细的模拟实际中的状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种在保证计算精度和运算效率的基础上，通过一种新的建模连接方法，搭建了碰撞安全壁障有限元模型，此模型的搭建方法与目前所有的壁障模型建模方法均不同，具体表现在蜂窝铝六边形腔体孔中的边和目前常规的蜂窝铝模型都不相同，常规蜂窝铝六边形的边是共节点连接的，本发明中六边形周边的六个边不是同节点相连的，而是通过梁单元将相临的边连接在一起，此连接方法是区别于目前所有壁障模型的最大特征之一。这种新的建模方式不仅可提高模型的运算精度，还更好的模拟了实际碰撞测试中物理壁障内部的撕裂效应。通过此方法搭建的壁障模型能够适用于不同国家在汽车安全碰撞中的法规标准，还可以提升整车开发的效率。