關(guān)于汽車(chē)前縱梁碰撞仿真的討論

關(guān)于汽車(chē)前縱梁碰撞仿真的討論盧鳴飛（西模發(fā)特信息科技(上海)有限公司；上海200336）摘要：汽車(chē)的碰撞安全性是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)汽車(chē)前縱梁建立了簡(jiǎn)化的三維有限元計(jì)算模型，計(jì)算得到了前縱梁焊接留下的殘余應(yīng)力，并在該初始應(yīng)力場(chǎng)作用下進(jìn)行碰撞仿真，得到能量吸收曲線(xiàn)。將其結(jié)果與不考慮焊接留下的殘余應(yīng)力的碰撞仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析并總結(jié)工藝鏈仿真的必要性。關(guān)鍵詞：Simufact.welding；Simufact.forming；焊接殘余應(yīng)力；汽車(chē)碰撞仿真；前縱梁Abstract:Crashsafetyisthekeytechnologyinthedevelopmentofautomotiveindustry.Asimplified3-Dmechanicalcomputingmodeloffrontlongeronisestablished,forgettingtheresidualstressafterwelding,andfurthermoregettingtheenergyabsorptioncurveoncrash.Comparedwiththesimulationwithouttheweldingresidualstress,thenecessaryofprocesschainsimulationistobeconsidered.Keywords:Simufact.welding;Simufact.forming;weldingresidualstress;automotivecrashsimulation;frontlongeron汽車(chē)的碰撞安全性研究是其非常重要的基本屬性，已經(jīng)成為世界各國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)。在發(fā)生汽車(chē)正面碰撞的事故（正面撞擊或后部追尾）中，擔(dān)負(fù)主要吸能作用的是前后縱梁，通過(guò)縱梁的壓潰變形和彎曲變形來(lái)吸收碰撞的能量。有數(shù)據(jù)表明，前縱梁擔(dān)負(fù)了碰撞總能量的60%。所以，縱梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)思路就是盡其可能地沿著軸向壓潰變形，控制彎曲變形量，獲得滿(mǎn)意的能量吸收效果。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高和數(shù)值計(jì)算方法的不斷完善，在汽車(chē)碰撞安全性的數(shù)值仿真研究領(lǐng)域也已經(jīng)碩果累累，例如顯示有限元碰撞仿真的計(jì)算效率和穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)挠?jì)算水平。然而，對(duì)計(jì)算精度以及算法的改善和發(fā)展仍然大有余地，對(duì)于更多的材料本構(gòu)方程，以及更精確的數(shù)值求解的研究還有待深入。本文從工藝鏈仿真的角度切入，對(duì)比無(wú)初始應(yīng)力的情況和考慮焊后殘余應(yīng)力分布的情況，對(duì)縱梁簡(jiǎn)化模型進(jìn)行碰撞仿真，得出兩者碰撞所吸收的能量曲線(xiàn)。以此來(lái)研究在實(shí)際工業(yè)中，工藝鏈仿真對(duì)提高仿真計(jì)算精度的必要性。1前縱梁簡(jiǎn)介汽車(chē)前縱梁簡(jiǎn)介汽車(chē)的前縱梁，相當(dāng)于是車(chē)的骨架，由兩根位于兩邊的縱梁組合而成，如圖1所示。多采用低合金鋼板沖壓而成，其斷面多為槽形或工字形。前縱梁的前端屬于吸能區(qū)，一旦發(fā)生碰撞就會(huì)產(chǎn)生潰縮，即使修復(fù)后也很容易看出來(lái)，正因如此檢查前縱梁也是車(chē)輛碰撞事故的重要查看區(qū)域。圖1汽車(chē)前縱梁位置2焊接及碰撞仿真2.1模型建立參考汽車(chē)縱梁的幾種基本剖面形狀，如圖2所示。我們選取形狀e，來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化模型的建立，如圖3，尺寸為200mm×150mm×400mm。圖2汽車(chē)縱梁的剖面形狀圖3本文建立的前縱梁簡(jiǎn)化模型在Simufact.welding中建立三維有限元計(jì)算模型，總體網(wǎng)格尺寸為4mm，厚度方向?yàn)閮蓪??？傮w網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)41310，單元數(shù)26880。在焊接計(jì)算中，開(kāi)啟網(wǎng)格的自動(dòng)細(xì)化和粗化功能，如圖4所示?？梢猿醪降贸觯附釉斐傻臍堄鄳?yīng)力，完全影響了碰撞壓縮后縱梁的整體變形趨勢(shì)。3.2定量對(duì)比將兩種方案下的碰撞能量吸收曲線(xiàn)提取出來(lái)，進(jìn)行對(duì)比，如圖8所示。圖8兩種情況下得到的能量吸收曲線(xiàn)對(duì)比考慮焊接殘余應(yīng)力的情況，其碰撞壓縮200mm吸收的能量為91.12kJ；不考慮焊接殘余應(yīng)力的情況，其碰撞壓縮同樣距離吸收的能量為119.44kJ。兩者的結(jié)果相差了約31%。4結(jié)論與展望本文在SIMUFACT軟件平臺(tái)上，利用Simufact.welding進(jìn)行焊接仿真，利用Simufact.forming進(jìn)行碰撞壓縮仿真，得到了考慮和不考慮焊接殘余應(yīng)力下的碰撞結(jié)果，對(duì)比兩者的能量吸收曲線(xiàn)，獲得了定量的對(duì)比結(jié)論，兩者相差了約31%。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，在數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域?qū)Ψ抡嬗?jì)算結(jié)果的精度要求一定是越來(lái)越高的。因此，采用工藝鏈仿真，來(lái)對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬再現(xiàn)，充分考慮到每一步加工工藝引起的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力及成分變化等對(duì)下一步工藝帶來(lái)