基于冲压效应的碰撞仿真网格变量映射方法及其应用研究

摘要

汽车安全、节能和环保是当今汽车产业发展的三大主题。提高汽车碰撞仿真的精度对汽车被动安全具有重要的意义，也是该领域研究的难点。为了提高碰撞仿真分析的精度，本文对基于冲压效应的网格变量映射方法及其在车身薄壁件的应用展开了以下的研究:
　　 首先，论文针对冲压分析模型参数向碰撞模型传递的精度问题，提出了一种新的网格变量映射方法。该方法对于碰撞网格节点落在冲压网格内部和外部的情况，分别采用不同的网格变量传递方法，即在冲压模型网格内采用等参元逆变换算法，在冲压模型网格外采用反距离插值方法。将冲压后的厚度、残余应力、材料强化等网格变量精确地映射到碰撞网格模型上，实现了冲压-碰撞网格变量之间的精确传递。
　　 其次，针对车身的主要吸能部件大部分为薄壁件这一特点，采取DP600材料设计方形截面梁，采用网格变量映射方法将冲压效应引入到该梁的碰撞仿真中，应用分离变量的方法来研究各网格变量对碰撞性能的影响，包括:网格变量对方形截面梁的压溃模式、内能吸收、碰撞力和平均碰撞力的影响规律。
　　 最后，为了模拟冲压效应对整车碰撞的影响，以某轿车为例，提取其关键吸能部件如:保险杠内外板、吸能盒和前纵梁，分两种情况做碰撞仿真分析。一种是对其做常规碰撞仿真分析;另一种是先对关键吸能组合件做冲压仿真分析，将冲压后的网格变量引入到该关键吸能部件中，进行考虑冲压效应的碰撞仿真。研究冲压效应对关键吸能组合件碰撞性能的影响。
　　 论文研究表明，基于冲压效应的碰撞仿真网格变量映射方法能够较好的解决冲压-碰撞模型网格之间变量的传递问题，对提高碰撞仿真的精度和效率具有重要的参考价值和借鉴意义。

目录

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外相关领域的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 考虑冲压效应的车身薄壁件碰撞仿真理论基础

2．1 冲压仿真的相关技术

2．2 正面碰撞仿真的相关技术

2．2．1 显式有限元算法的基本理论

2．2．2 接触-碰撞的数值计算方法

2．3 有限元分析中常用的材料模型

2．4 有限元分析中常用的材料屈服准则

2．5 有限元分析中常用材料塑性硬化模型

2．5．1 等向硬化

2．5．2 随动硬化

2．6 应变率效应

2．7 材料模型选择及其影响

2．8 本章小结

第3章 基于冲压效应的碰撞仿真网格变量映射方法

3．1 常规碰撞仿真存在的问题

3．2 网格变量映射方法

3．2．1 冲压模型网格变量插值

3．2．2 碰撞节点的全局定位

3．2．3 网格内等参逆变换

3．2．4 冲压模型网格外变量插值

3．2．5 网格变量映射算法

3．3 本章小结

第4章 考虑冲压效应的薄壁梁碰撞性能仿真研究

4．1 基于冲压效应的薄壁梁碰撞仿真研究方法

4．2 薄壁梁冲压仿真分析

4．2．1 薄壁梁冲压仿真模型

4．2．2 拉深成形结果分析

4．2．3 回弹结果分析

4．3 网格变量映射结果分析

4．3．1 拉深成形模型网格变量映射结果

4．3．2 回弹模型网格变量映射结果

4．4 纵梁1考虑冲压效应的碰撞仿真分析

4．4．1 薄壁梁正面碰撞的评价方法

4．4．2 碰撞有限元模型的建立

4．4．3 碰撞结果分析

4．5 本章小结

第5章 考虑冲压效应的整车关键吸能组合件碰撞性能仿真研究

5．1 关键吸能组合件碰撞有限元模型建立与仿真分析

5．1．1 有限元模型的建立

5．1．2 有限元模型检查

5．1．3 碰撞仿真分析

5．2 关键吸能组合件中典型零件的提取及成形性能分析

5．2．1 典型零件的提取

5．2．2 冲压方向的确定

5．2．3 提取零件的成形性能分析

5．3 考虑冲压效应的关键吸能组合件碰撞仿真分析

5．3．1 关键吸能组合件的网格变量映射

5．3．2 考虑冲压效应前后的关键吸能组合件碰撞性能分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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