文档介绍：低地板大型公共汽车翻滚碰撞分析
Marathwada University
通过对车辆模型的分析计算获取车辆在碰撞过程中各组成部分和子系统变形及相互作用的信息。对碰撞行为描述的精确性取决于CAD参数的设置和网格划分质量的好坏。CAD几何模型的形状和尺寸应与实际车辆完全一致。有限元模型网格划分密度要合理,使计算时间较为合理。
有限元建模流程图
。使用HyperMesh划分网格,它是一款功能强大的有限元前后处理软件,能建立车辆有限元模型、显示结果及对进行数据分析。首先利用Pro-E或CATIA建立CAD模型,并转化为IGES格式。客车CAD模型由厂商提供,将CAD模型导入HyperMesh。第一步从模型中提取中面,。第二步使用geom cleanup和defeature选项对中间层进行几何清理,为划分网格做好准备。
抽取中面
HyperMesh中有默认的网格质量评价标准,如下:
最小边长——一个网格单元最小的边长
最大边长——一个网格单元最大的边长
纵横比——一个网格单元最大边长与最小边长的比值
扭曲度——一个网格单元偏离平面的角度
最小(最大)四边形内角——四边形单元最小(最大)内角
最小(最大)三角形内角——三角形单元最小(最大)内角
三角形单元百分率——三角形单元占所有网格单元的比例
,该标准适用于网格划分的全过程。最小单元的尺寸不应小于5mm,以缩短网格划分的时间。
网格质量评价标准
一些非结构部件如发动机、油箱、蓄电池隔间、车顶空调等与车身非常近,需要把它们的质量均分到各个节点上去。由于这些部件在汽车翻滚中变形很小,所以定义它们为刚性体,只影响客车模型的质量和重心(CoG)。车身内部的附件也要进行建模,以考察它们在客车翻滚试验中与车身有限元模型的相互作用。为了使客车有限元模型的重心(CoG)与真实客车的重心(CoG)重合,还需要把一些质量分配到各个节点上去。对发动机模型划分网格采用长方体单元,对轮胎模型划分网格采用封闭球体单元,这样便于定义内部压力。
客车非结构部件
车身结构使用的材料主要是钢和铝,而汽车碰撞是一个高速的动力学过程,在碰撞过程中客车车身各部构件以不同的应变率产生变形。由于客车模型要在0~60Km/h的侧碰速度下产生不同的变形,因此需要考虑应变率对不同构件力学属性的影响。为了获取各部构件材料参数和应力-应变曲线,分别采用三种装置对客车进行了碰撞试验:
机械装置或液压伺服装置——准静态条件、
液压伺服装置——~500/s
分离式霍普金森杆装置——应变率为500~1000/s,或更大
在HyperMesh里fe-joint选项可以对连接单元进行创造、检查和优化。由于连接单元默认为建立刚性体之间的连接,因此连接部位要定义为刚性件。CONSTRAINED-EXTRA-NODES-SET选项用来创建连接单元和刚性件之间的连接。每个连接单元都存有相关的参数,如连接形式、方位。整个客车有限元模型共创建了32个连接,。这些连接用来定义客车的悬架系。
客车各构件间的连接形式
该客车采用空气悬架,它通过高度控制阀来调节空气弹簧内的体积,使车体保持合适的高度。,其中前轴的四个空气弹簧建模为具有非线性阻尼减震功能的平移连接,两个液压减震器建模时也采用这种形式;控制臂采用球连接;车轮采用卷曲连接。:
车轴运动学连接模型
空气弹簧和减震器的动力学曲线
客车后轴的四个空气弹簧采用具有非线性阻尼减震功能的平移连接;两个液压减震器也采用这种连接形式;四个控制臂采用了八个球连接;车轮采用两个卷曲连接,。。客车有限元允许改变车体的高度和弹簧的压力。
客车后轴运动学连接模型
整车模型由几大部件组装而成。可变形部件之间采用点焊连接,Constrained rigid body选项用来定义刚性件与可变形件之间的连接,Rigid body merge选项用来定义刚性件之间的连接。。
为了使整车装配合理,需要对各组件进行固有振动特性分析,使用的指令是CONTROL-IMPLICIT-GENERAL和CONTR