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基于HyperWorks的汽车后保险杠刚度分析

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2013-04-26    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

基于HyperWorks的汽车后保险杠刚度分析

徐德奎 马忠宇
延锋彼欧汽车外饰系统有限公司 上海 201805


摘要:应用弹塑性理论和非线性有限元分析方法,运用了Altair的HyperMesh软件建立了某乘用车后保险杠总成的有限元模型,详细介绍了总成之间的螺钉、螺栓、卡扣等各种连接方式的模拟方法,并用RADIOSS求解器进行保险杠系统的刚度分析。最后在HyperView和HyperGraph软件中分别获得到保险杠总成的变形分布云图以及刚度特性曲线,校核了保险杠表面的抗压刚度,并为结构的改进设计提供了依据。
关键词:保险杠系统,刚度分析,有限元,HyperMesh,RADIOSS,HyperGraph

0 引言

汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力,防护车身前后部的安全装置。目前轿车的前后保险杠主要以塑料为主,被称为塑料保险杠,这缘于除了拥有原有金属保险杠的保护功能外,还追求与车体造型的和谐统一与轻量化以及装饰作用[1]。

汽车塑料保险杠作为汽车前保系统中重要的零件,在设计过程中除了需要考虑缓冲吸能效果、不同温度下的热性能,还要考虑其自重下沉、抗压、抗拉等刚度性能。由于该零件结构复杂,在刚度的过程中需要考虑材料非线性、几何非线性及复杂的接触特性,传统的计算方法已经无法解决,运用有限元方法则能很好的解决上述问题。

RADIOSS 是功能强大的有限元仿真软件,在隐式求解模块对大应变和大位移等非线性问题具有良好的处理能力。本文采用HyperMesh11.0建模,RADIOSS 作为求解器,HyperView与HyperGraph进行后处理,对某乘用车后保险杠总成表面的抗压刚度进行研究,以探索一种计算代价小、精度较高的有限元建模方法。

1后保总成的刚度目标

根据客户提供的塑料保险杠技术标准,在整车状态,要求使用直径为50mm的刚性圆柱压头,沿着压头与保险杠蒙皮接触面法线的方向施加250N载荷,如图1所示,要求压头最大侵入量不能大于12mm。

2 汽车后保系统的抗压刚度仿真分析

2.1 汽车塑料保险杠材料模型[2]

弹塑性是常见的材料非线性行为,热塑性性材料的弹塑性力学模型采用材料屈服面、弹性势力和流动定律来建立,且材料满足Von Mises屈服准则和等向强化的弹塑性模式。其弹性和弹塑性变形阶段的增量本构关系为

式中[D]e为弹性矩阵;[D]ep弹塑性矩阵;为弹塑性矩阵;为应力矩阵;为弹性应变矩阵;为塑性应变矩阵。该保险杠使用的材料为PP+EPDM+T10,弹性模量为1447MPa,泊松比为0.39。根据单轴拉伸试验得出工程应力应变数据,应依据RADIOSS定义塑性材料的特点,将工程应力应变数据转化为真实应力和塑性应变数据[3],图2和图3分别为该材料工程应力应变曲线与真实应力和塑性应变曲线。

式中:为真实应变;为工程应变;为真实应力,为工程应力;为塑性应变;为弹性应变

2.2 网格离散

网格离散是有限元建模最基本、最耗费时间的环节。静态有限元分析和动态有限元分析对网格离散要求是有差异的,但考虑时间成本,后保总成的所有网格都直接采用基于RADIOSS高速碰撞模型的网格,网格基本尺寸为8mm,局部进行细化,并通过单元质量控制来保证模型的网格质量。

同一零件的二维三角形单元数量所占比例小于5%,单元翘曲小于15 度;严格进行单元质量检查和控制单元质量参数,检查是否有自由一维连接单元,重复节点、重复单元或缺少单元,以及高度畸变的单元,网格质量检查标准参照企业内部标准,确保模型质量和计算精度。

 
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