[发明专利]有限元分析中冲压损伤的加载方法

说明书

本发明揭示了一种有限元分析中冲压损伤的加载方法，包括：绘制材料成型极限图，绘制形成零部件的材料的成型极限图；零部件冲压成型仿真分析，使用冲压成型仿真软件，以多步成型法对零部件进行冲压成型仿真，将仿真分析的结果与材料的成型极限图结合，获得包含冲压成型应变的成型极限图；计算零部件冲压近似损伤，基于包含冲压成型应变的成型极限图，以比例加载假设法计算获得零部件的冲压近似损伤；获得冲压损伤修正函数；使用冲压损伤修正函数对零部件的冲压近似损伤进行修正，获得零部件的冲压真实损伤；将冲压损伤映射进入有限元模型，将零部件的冲压真实损伤映射进入有限元模型中对应的零部件单元上。

技术领域

本发明涉及汽车设计和制造领域，更具体地说，涉及汽车设计和制造过程中的有限元分析技术。

背景技术

随着我国经济水平的提升，汽车成为人们出行的主要交通工具之一，汽车碰撞事故也随之增加，这些事故给车内乘员带来了很大伤害，因此汽车的安全性成为汽车的核心要求性能之一。国标中有很多关于汽车安全的法规，如《GB15083-2009汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》，其对后排座椅抵抗行李箱冲击的要求做了规定(以下简称行李箱冲击要求)。结合图1a和图1b对《GB15083-2009汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》介绍如下，其中图1a是行李箱冲击试验的设置图，图1b是行李箱冲击加速度曲线通道示意图。

按照国标的试验规定，试验在滑车上进行，按照图1a的要求在行李箱地板上放置两个重量为18KG的试验样块，两个样块关于车辆中轴线对称，距离为50mm，其与座椅靠背的距离为200mm，对滑车进行减速或加速来模拟碰撞过程，要求减速度或加速度-时间的曲线在图1b所示的范围内。在座椅评价方面除了对座椅的变形有要求外，法规规定试验后座椅不能发生破坏。

目前越来越多的数字技术被应用于汽车的研发阶段，属于计算机辅助工程领域的有限元分析(也称仿真分析)是一种广泛应用的数字技术，仿真分析可以用来对结构进行性能预测，在开发的早期阶段就能发现问题，并对结构的优化提供相应指导。

在汽车行业的仿真分析工作中，用来判断材料发生破坏的方法有常应变失效法、损伤累积失效法等，随着理论研究的发展，损伤累积失效法越来越显示其优势。此处使用的破坏判断方法即为一种损伤累积失效法—HSR法，HSR法是一种在显式仿真分析中应用的损伤累积失效方法，处理方法是将整个变形历程分成多个很小的增量步，对每一增量步都计算损伤值，然后将每一增量步的损伤累加，当损伤值累加到1的时候材料破坏，在仿真模型中表现为单元删除。

现有技术的有限元模拟的一个问题是，有限元模拟时假设零部件完好无损，材料没有损伤。但实际情况是零部件在冲压成型的过程中，材料已经受到了冲压损伤。材料在经过冲压成型成为零件时即发生了变形，也即在行李箱冲击试验未开始的时候，座椅中的冲压零件就已经有了冲压成型造成的损伤(以下简称冲压损伤)，但目前的有限元仿真分析技术没有将冲压损伤考虑进仿真分析模型中，这导致在某些情景下仿真分析不能完全暴露破坏风险。

材料破坏的判断一直是汽车研发制造中的难点问题。在实际工况中，零件的应力应变状态非常复杂，在材料经过复杂的成型过程后，破坏的判断显得更为困难。但是安全性是汽车的重要性能之一，所以在汽车及相关零部件的研发制造中，一种考虑成型效应的，可以被工程应用所接受的损伤处理及判断方法就显得尤为重要。

发明内容

根据本发明的一实施例，提出一种有限元分析中冲压损伤的加载方法，包括下述的步骤：

绘制材料成型极限图，绘制形成零部件的材料的成型极限图；

零部件冲压成型仿真分析，使用冲压成型仿真软件，以多步成型法对零部件进行冲压成型仿真，将仿真分析的结果与材料的成型极限图结合，获得包含冲压成型应变的成型极限图；

计算零部件冲压近似损伤，基于包含冲压成型应变的成型极限图，以比例加载假设法计算获得零部件的冲压近似损伤；

获得冲压损伤修正函数；