碰撞失效
關(guān)注創(chuàng)建者：汽車公社 創(chuàng)建時(shí)間：2023-11-20
碰撞失效的視頻教程
【精品課程】ANSA For ABAQUS從入門到精通教程(完結(jié))
?第二章 ANSA FOR ABAQUS快速入門 ?第三章 ANSA中的ABAQUS單元類型選擇 ?第四章 ANSA中的ABAQUS分析步詳解 ?第五章 線性靜力學(xué)分析理論及實(shí)例 ?第六章 線性動(dòng)力學(xué)分析理論及實(shí)例 ?第七章 結(jié)構(gòu)熱分析理論及實(shí)例 ?第八章 非線性分析理論及實(shí)例 ?第九章 接觸分析理論及實(shí)例 ?第十章 成型仿真分析 ?第十一章 多體系統(tǒng)仿真分析 ?第十二章 碰撞沖擊及失效破壞分析
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碰撞失效的實(shí)例教程
摘 要：為了提高超高強(qiáng)鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為仿真預(yù)測精度，對比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6種典型失效模型的原理，并針對GISSMO失效模型中影響整車碰撞失效仿真精度最為關(guān)鍵的參數(shù)材料斷裂極限應(yīng)變及網(wǎng)格尺寸修正特性設(shè)置方法進(jìn)行了研究。斷裂極限應(yīng)變標(biāo)定過程中應(yīng)變路徑存在非線性，需要采用加載歷程平均應(yīng)力三軸度來進(jìn)行描述；默認(rèn)的網(wǎng)格修正設(shè)置方法難以兼顧不同應(yīng)力狀態(tài)，采用自定義的網(wǎng)格尺寸修正設(shè)置方法可以有效提高典型應(yīng)力狀態(tài)下不同網(wǎng)格尺寸模型仿真預(yù)測結(jié)果的一致性。
關(guān)鍵詞：超高強(qiáng)鋼;失效;GISSMO;
1 前言
節(jié)能與安全是汽車行業(yè)一直以來關(guān)注的兩大話題。近年來，實(shí)現(xiàn)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，整車整備質(zhì)量持續(xù)下降，車身輕量化重要性進(jìn)一步凸顯；另一方面，行業(yè)安全法規(guī)也在持續(xù)加嚴(yán)，對車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了更高的要求[1]。超高強(qiáng)鋼材料兼具輕量化、性能與綜合應(yīng)用成本優(yōu)勢，近年來在汽車行業(yè)應(yīng)用范圍不斷增加。隨著汽車行業(yè)安全法規(guī)不斷升級，超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件在汽車碰撞過程中需要吸收更大的能量；同時(shí)，隨著材料強(qiáng)度的上升，其韌性通常會(huì)有所下降[2]，因而導(dǎo)致車輛關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件在碰撞過程中開裂失效風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，嚴(yán)重影響車輛被動(dòng)安全性能。為此，汽車行業(yè)普遍采用有限元仿真分析方法來預(yù)測超高強(qiáng)鋼材料在碰撞工況下的失效行為[3,4,5,6,7]，為車輛結(jié)構(gòu)與用材設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方向。
本研究介紹了目前超高強(qiáng)鋼材料碰撞失效行為預(yù)測領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，并針對目前常用的網(wǎng)格尺寸縮放問題進(jìn)行了研究，可以為提高超高強(qiáng)鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為預(yù)測精度提供一定的參考。
2 失效模型選擇
對于超高強(qiáng)鋼等金屬材料而言，韌性斷裂是其最主要的失效形式，采用基于應(yīng)變的失效模型可以更好地預(yù)測其失效行為。
展開 應(yīng)用案例
在某車型車身總成碰撞試驗(yàn)中， 前地板與門檻結(jié)合處出現(xiàn) 5 個(gè)焊點(diǎn)開裂， 如圖8 ， 通過本文的焊點(diǎn)試驗(yàn)方法， 建立一維焊點(diǎn)模型， 多層焊分解成多個(gè)兩層焊點(diǎn)連接， 通過力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)定了附近不同板厚、材料的零件之間焊點(diǎn)的參數(shù)， 開裂處焊 點(diǎn) 極 限 拉 伸 和 剪 切 力 分 別 為 8． 2 kN 和14． 4 kN，應(yīng)用到碰撞仿真中， Pam － Crash 計(jì)算結(jié)果如圖 8( 中) ， 焊點(diǎn)開裂情況和試驗(yàn)一致。對焊點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化， 增加了 5 個(gè)焊點(diǎn)后， 如圖 8( 右) ，仿真結(jié)果顯示碰撞后結(jié)構(gòu)保持完整， 能夠滿足碰撞安全要求。焊點(diǎn)失效參數(shù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)到一定規(guī)模后， 即可在整車范圍的焊點(diǎn)模型使用經(jīng)過試驗(yàn)標(biāo)定的失效參數(shù)，在開發(fā)過程中不斷優(yōu)化存在碰撞失效風(fēng)險(xiǎn)的焊點(diǎn)，模型的精確性能夠得到保證。
本論文研究了在轎車有限元碰撞仿真中準(zhǔn)確模擬焊點(diǎn)失效的方法。對點(diǎn)焊樣件進(jìn)行拉伸和剪切力學(xué)實(shí)驗(yàn)，建立了試驗(yàn)的一維焊點(diǎn)有限元模型和相應(yīng)的失效模型，使用數(shù)值優(yōu)化等方法，對焊點(diǎn)失效模型的參數(shù)進(jìn)行了校核標(biāo)定，使仿真中焊點(diǎn)的受力和失效后吸收的能量與試驗(yàn)的偏差最小。應(yīng)用此方法在仿真中再現(xiàn)并解決了某次碰撞試驗(yàn)中出現(xiàn)的焊點(diǎn)開裂問題。提出了建立車身焊點(diǎn)失效參數(shù)數(shù)據(jù)庫的設(shè)想。
[1]連志斌,劉雍.基于試驗(yàn)標(biāo)定的轎車碰撞焊點(diǎn)失效模擬方法研究[J].上海汽車,2015(06):50-53.
大家好，為了更好地提升自己，幫助自己對最新研究進(jìn)行整理和復(fù)盤，本人在學(xué)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)會(huì)進(jìn)行相關(guān)總結(jié)和分享，希望對大家有所幫助和啟發(fā)，有問題請及時(shí)反饋和聯(lián)系，謝謝！
展開 目前業(yè)界對汽車電路系統(tǒng)的碰撞保護(hù)研究多集中在油電混合動(dòng)力或純電動(dòng)車輛的高壓電路系統(tǒng)上，并且將其分為高壓元器件和高壓線束進(jìn)行研究，高壓元器件的碰撞損傷評價(jià)主要以元器件外殼是否超過其所用材料斷裂應(yīng)變來判斷，而高壓線束的失效風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)大多以其是否會(huì)受到明顯擠壓進(jìn)行主觀判定，并無較為明確的量化評價(jià)指標(biāo)。接桂利、朱西產(chǎn)團(tuán)隊(duì)用CAE 分析的方法對高壓元器件和高壓線束進(jìn)行碰撞評價(jià)，其中高壓線束采用四面體實(shí)體單元建模，以是否被擠壓進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷[4]；曾澤江對高壓線束采用六面體+四面體實(shí)體單元的方式進(jìn)行了精細(xì)化建模，同樣采用是否有擠壓或剪切風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷[5]。這些研究對車輛上大量使用的低壓線束并未過多涉及，并且僅是按照碰撞過程中是否有擠壓或剪切風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性判定，而這些低壓線束不僅在功能上與高壓模塊及高壓線束強(qiáng)相關(guān)，而且其失效往往同樣會(huì)引起較大的安全事故，需要引起足夠的重視。
低壓線束在整車碰撞工況中的失效情況包括切割和擠壓2 類。切割失效主要是零件銳邊與線束的點(diǎn)面接觸或線面接觸導(dǎo)致線束被割破，甚至割斷；擠壓失效主要是零件沿碰撞方向?qū)€束進(jìn)行擠壓，導(dǎo)致線束絕緣皮破損，金屬導(dǎo)線部分露出[6]。切割風(fēng)險(xiǎn)主要通過前期布置設(shè)計(jì)規(guī)避，本文重點(diǎn)研究線束在碰撞擠壓時(shí)可承受的擠壓失效極限，以期獲得相應(yīng)的設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)。
展開 在整車碰撞模型中進(jìn)行焊點(diǎn)失效預(yù)測，并通過與實(shí)車碰撞結(jié)果的對比，表明該方法能準(zhǔn)確預(yù)測出實(shí)車碰撞中的焊點(diǎn)失效情況，對整車碰撞安全設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
[1]季鈺榮,孫曉嶼.整車焊點(diǎn)失效預(yù)測的研究及應(yīng)用[J].汽車工程,2019,41(02):219-224.
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沖擊速度設(shè)置：
重力設(shè)置：
（1）定義重力曲線
（2）重力加載
碰撞接觸設(shè)置
邊界約束：圖示處固定約束
結(jié)束時(shí)間設(shè)置：
結(jié)果:
結(jié)果分析
本案例通過定義合適的失效應(yīng)變，對失效單元進(jìn)行刪除。
使用該方法時(shí)，需要注意兩點(diǎn)，一是模型中開裂破壞的部分必須劃分較密的網(wǎng)格，否則大量單元失效將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果較大的誤差；二是選取適當(dāng)?shù)?em>失效判定依據(jù)和閾值，算法可以通過定義失效應(yīng)變閾值控制單元失效，閾值太小，單元過早刪除，或閾值太大，單元發(fā)生了不切實(shí)際的大變形，均會(huì)導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。因此，計(jì)算中應(yīng)當(dāng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對照來確定閾值。
另外在動(dòng)力沖擊計(jì)算中，很容易產(chǎn)生負(fù)體積。現(xiàn)就一些關(guān)于負(fù)體積的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享：
LS-DYNA出現(xiàn)負(fù)體積的原因
網(wǎng)格品質(zhì)：單元長寬比較大時(shí)，一旦受力，短邊容易出現(xiàn)負(fù)體積。
材料模型，所選材料模型不合適，受力后形成沖擊，引起很大變形容易引起負(fù)體積。例如MAT_001。
模型設(shè)定：若給予很大的沖擊設(shè)定，或者摩擦系數(shù)沒有設(shè)定好。
LS-DYNA出現(xiàn)負(fù)體積的解決辦法
網(wǎng)格品質(zhì)：檢查網(wǎng)格，找出長寬比較大的單元進(jìn)行修改或者合并單元。
材料模型：修改模型參數(shù)或者更換其他材料模型。
模型設(shè)定：檢查并修改*CONTACT里面的摩擦系數(shù)或者SF（Scale Factor）。另外一些較薄的零件如果沒有緩沖作用，僅作粘接使用，那么可以直接刪除此零件，用*TIEBREAK_CONTACT將兩邊所要粘接的零件tie在一起。
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碰撞失效的最新內(nèi)容
但舒適背后是致命隱患：大角度姿態(tài)下，傳統(tǒng)安全帶 / 氣囊約束失效，碰撞時(shí)胸骨、腰椎重傷風(fēng)險(xiǎn)飆升；機(jī)電聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)帶來防夾閾值難標(biāo)定、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)易疲勞、極端環(huán)境下電控漂移等問題。
現(xiàn)行 GB 15083 舊版標(biāo)準(zhǔn)以靜態(tài)強(qiáng)度測試為主，完全無法覆蓋新場景。
研究領(lǐng)域?yàn)槠嚢踩梭w碰撞保護(hù)，材料和結(jié)構(gòu)碰撞大變形失效，電動(dòng)汽車和電池碰撞安全等。</p><p><strong>內(nèi)容簡介：</strong>近年來智能新能源汽車重量增加很快，使得道路上行駛的車輛動(dòng)能變大，這對道路交通安全產(chǎn)生負(fù)面影響。為應(yīng)對碰撞傷害的增加又要加強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)，形成車輛增重對安全影響的惡性循環(huán)。
研究領(lǐng)域?yàn)槠嚢踩梭w碰撞保護(hù)，材料和結(jié)構(gòu)碰撞大變形失效，電動(dòng)汽車和電池碰撞安全等。
內(nèi)容簡介：智能車輛的行車場景中具有一些很難預(yù)知的極端風(fēng)險(xiǎn)場景，在自動(dòng)駕駛車輛安全性設(shè)計(jì)中，需將主動(dòng)安全技術(shù)與被動(dòng)安全技術(shù)融合，利用智能汽車優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)針對不同乘員體型和坐姿以及不同碰撞場景的智能安全保護(hù)。
瑞典爆破研究中心高級講師
演講主題：基于LS-DYNA的地下工程爆破模擬
薛飛 | 中泰模具 研發(fā)總工程師
演講主題：Ansys Forming最新開發(fā)進(jìn)展及應(yīng)用介紹
潘小飛 | Ansys 首席研發(fā)工程師
演講主題：LS-DYNA ISPG方法更新及其在制造過程仿真中的應(yīng)用
張?zhí)鞐?| 寶山鋼鐵股份有限公司中央研究院 助理研究員
演講主題：超高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)碰撞失效模擬研究
LS-DYNA作為汽車行業(yè)的標(biāo)桿工具，在碰撞失效、安全氣囊、安全帶、假人模型、行人保護(hù)、電池分析、鈑金成形分析等方面有著獨(dú)特的技術(shù)和功能。本會(huì)場內(nèi)容將由來自行業(yè)前沿用戶、整車和零部件頭部企業(yè)、以及DYNAmore專家等，一起探討LS-DYNA在整車碰撞及零部件仿真領(lǐng)域的最新應(yīng)用案例和技術(shù)發(fā)展方向。
分會(huì)場2：先進(jìn)模擬技術(shù)【9月13日上午】
聚焦先進(jìn)模擬技術(shù)在各行業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展。
LS-DYNA作為汽車行業(yè)的標(biāo)桿工具，在碰撞失效、安全氣囊、安全帶、假人模型、行人保護(hù)、電池分析、鈑金成形分析等方面有著獨(dú)特的技術(shù)和功能。本會(huì)場內(nèi)容將由來自行業(yè)前沿用戶、整車和零部件頭部企業(yè)、材料研究機(jī)構(gòu)以及DYNAmore專家等，一起探討LS-DYNA在整車碰撞及零部件仿真領(lǐng)域、材料模型應(yīng)用、鈑金成形領(lǐng)域的最新應(yīng)用案例和技術(shù)發(fā)展方向。
4 總結(jié)
本文概述了汽車碰撞中常用斷裂失效模擬方法；介紹完整的材料斷裂失效卡片開發(fā)流程；最后，通過零部件的試驗(yàn)對標(biāo)，展示該方法制作的材料卡片可準(zhǔn)確模擬懸置在受到碰撞載荷工況下的斷裂現(xiàn)象。綜上，根據(jù)以上的方法及流程開發(fā)的材料卡片，可以對零部件斷裂現(xiàn)象進(jìn)行有效模擬，仿真結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的指導(dǎo)。
摘 要：為了提高超高強(qiáng)鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為仿真預(yù)測精度，對比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6種典型失效模型的原理，并針對GISSMO失效模型中影響整車碰撞失效仿真精度最為關(guān)鍵的參數(shù)材料斷裂極限應(yīng)變及網(wǎng)格尺寸修正特性設(shè)置方法進(jìn)行了研究。
圖5 車用動(dòng)力電池碰撞擠壓內(nèi)短路失效機(jī)理與電池碰撞擠壓計(jì)算模型
2.5 車用動(dòng)力電池的碰撞仿真分析方法及失效預(yù)測模型
動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)一直缺乏可準(zhǔn)確預(yù)測碰撞變形和失效的電池?cái)?shù)值模型，使得電池包結(jié)構(gòu)存在技術(shù)盲區(qū)，基于工程經(jīng)驗(yàn)和迭代試驗(yàn)的技術(shù)方法開發(fā)成本高，并且易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過設(shè)計(jì)。
軸承中的滾子與軸套出現(xiàn)周期性的接觸失效與碰撞，從而造成軸承內(nèi)圈與外圈的磨損。
造成其他金屬結(jié)構(gòu)負(fù)載元件（例如：風(fēng)扇柵格或者風(fēng)扇橋架）的疲勞老化。
當(dāng)風(fēng)扇振動(dòng)傳遞到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的關(guān)鍵元件（例如：電機(jī)），從而影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械的使用壽命。
風(fēng)扇的振動(dòng)也會(huì)增加風(fēng)扇的噪聲，從而影響操作人員的舒適度。
