在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法

摘要

在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法，具体步骤如下：进气格栅采用N面体单元进行离散元，预置背景网格；赋予进气格栅多线性弹塑性随动强化本构,采用内聚元断裂法判定离散点之间承受多大力时，发生脱离；采用标定试验相应车型进气格栅本构参数和EFGM算法参数：将进气格栅装配至整车模型内，对整车碰撞进行仿真分析。引入内聚元断裂法则的EFGM避免了传统FEM的网格依赖性缺陷，得以保证裂纹路径的随机特征，更真实地表达材料性能、还原碰撞事件。

说明书

技术领域

本发明属于汽车碰撞建模领域，具体说是一种在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法。

背景技术

CAE技术在汽车行业的应用已日渐完善，从汽车零部件设计到整车性能分析；从汽车结构刚强度到内外流场分析；从传统材料的使用到新型材料的轻量化要求，CAE技术均发挥着巨大的指导作用。尤其在汽车碰撞领域，CAE分析已形成了成熟的NCAP等一系列规范，在车辆碰撞事件中给予了详细的分析指导。然而现阶段车辆碰撞事件CAE仿真中，是以FEM为主的。FEM虽然具有高效、稳定、高精确度的优点，也存在一些无法避免的缺陷。在对脆性、半脆性材料仿真评估中，如果使用FEM描述脆性断裂，对断裂路径的捕捉很大程度上依赖于网格密度和单元质量，同时难以避免地产生伪变形能误差以及网格畸变甚至是负体积等问题。

由于断裂问题存在路径随机性的问题，一些无网格技术，如SPH、DEM、EFGM等，被逐渐引入到脆性材料的断裂模拟中。这些相对成熟且商业化程度较高的无网格技术中，SPH更适宜描述流动性较强的材料和材料的流动行为，DEM则在对材料的强度评估上存在精度不足的问题。

发明内容

针对现有技术存在上述缺点或者不足，本发明提供了一种在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法，对断裂路径的随机性和材料强度的评估给予了足够的精度和可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法，具体步骤如下：

S1.进气格栅采用N面体单元进行离散元，预置背景网格；

S2.赋予进气格栅多线性弹塑性随动强化本构,采用内聚元断裂法判定离散点之间承受多大力时，发生脱离；

S3.采用标定试验相应车型进气格栅本构参数和EFGM算法参数：

如果仿真结果与标定试验保持一致，则进行步骤S4；

如果仿真结果与标定试验不一致，则继续调参，直至满足要求；

S4.将进气格栅装配至整车模型内，对整车碰撞进行仿真分析：如果整车碰撞的仿真过程及其结果符合预期的真实情况，则给出零部件损伤评定；如果整车碰撞的仿真过程及其结果不符合预期的真实情况，则调整模型。

进一步的，步骤S1中的N面体单元为四面体单元。

进一步的，对于脆性材料，采用刚性内聚元法，裂纹的扩展以最大抗拉强度为准。

进一步的，对于半脆性材料，采用塑性内聚元法，裂纹的扩展以最大拉应力为准。

更进一步的，步骤S4中，将进气格栅装配至整车有限元模型内。

更进一步的，上述方法中采用MLSA构建形函数，Galerkin弱形 式建立系统离散方程，边界引入拉格朗日乘子。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：引入内聚元断裂法则避免了传统FEM的网格依赖性缺陷，得以保证裂纹路径的随机特征，更真实地表达材料性能、还原碰撞事件；背景网格空间积分，保证了计算精度，给出零件损伤评定的稳定性和可靠性，在不失精度的同时，又保证了计算效率。

附图说明

本发明共有附图6幅：

图1为本发明流程框图；

图2为四面体单元预置背景网格示意图；

图3为刚性内聚元法坐标图；

图4为塑性内聚元法坐标图；

图5为进气格栅装配至整车模型内示意图；

图6为整车正面碰撞仿真示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。EFGM作为一种无网格技术，采用MLSA构建形函数，Galerkin弱形式建立系统离散方程，边界引入拉格朗日乘子，借由背景网格进行空间积分，既能避免FEM的一些天然缺陷，又能保证计算精度。

实施例1

在汽车碰撞中采用EFGM模拟进气格栅断裂失效的方法，具体步骤 如下：

S1.进气格栅采用4面体单元(4-node tetrahedron)进行离散元，预置背景网格；

S2.赋予进气格栅多线性弹塑性随动强化本构,采用内聚元断裂法判定离散点之间承受多大力时，发生脱离，即表达出断裂的效果；

S3.采用标定试验相应车型进气格栅本构参数和EFGM算法本身参数：如果仿真结果与标定试验保持一致，则进行步骤S4；如果仿真结果与标定试验不一致，则调整进气格栅本构参数和EFGM算法本身参数；

为使对标仿真与试验保持一致，需要不断调参，直至与试验吻合，并有可能需要设置对照试验以检验参数适应性；

S4.将进气格栅装配至装配至整车有限元模型内，对整车碰撞进行仿真分析：如果整车碰撞的仿真过程及其结果符合预期的真实情况，则给出零部件损伤评定；如果整车碰撞的仿真过程及其结果不符合预期的真实情况，则调整模型。

对于脆性材料，采用刚性内聚元法，裂纹的扩张以最大抗拉强度为准，考虑材料裂纹萌生及扩展，使得裂纹的扩展可沿紧支撑空间内的任意方向进行,如图3所示。对于半脆性材料，采用塑性内聚元法，裂纹的扩张仍以最大拉应力为准；即考虑了材料的塑性应变部分，同时以等效塑性应变和最大拉应力来控制裂纹的萌生，如图4所示。

考虑PC/PMMA类高分子材料成分配比的变化会带来材料性能的巨大差异，通过试验法标定相应车型车灯的上述参数，以保证提高了 材料本构、内聚元法、EFGM算法参数的精度和适用性；在上述参数基本确定后，装配至整车有限元模型内，完成整车碰撞分析，给出零部件损伤评定。

本发明有别于传统技术，对于整车碰撞中的半脆性材料，进气格栅，借助EFGM进行仿真，并应用于零件损伤评定，保证了损伤的可靠性；本构模型以及内聚元法阀值的试验法参数标定，保证了材料性能的真实性和有效性；分析中对于边界条件、积分方式以及时间步长控制的合理匹配，提高了计算效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。