蜂窩鋁結(jié)構(gòu)高精度仿真開發(fā)技術(shù)
時(shí)間：2024-04-02
蜂窩鋁結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天與軌道交通等領(lǐng)域。在汽車行業(yè)中，蜂窩鋁結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于車輛碰撞壁障設(shè)計(jì)，通過改變蜂窩鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)反映車體不同區(qū)域的力學(xué)特性。在整車前期設(shè)計(jì)階段，通常采用虛擬仿真的方式進(jìn)行整車碰撞性能預(yù)測。其中，仿真中使用的有限元蜂窩鋁壁障的精度和復(fù)雜程度，直接關(guān)系到碰撞仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。為解決蜂窩鋁局部失效與整體變形難模擬的問題，工程院安全開發(fā)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過蜂窩鋁結(jié)構(gòu)的合理CAE等效，材料級(jí)、零部件級(jí)的靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究，對(duì)蜂窩鋁薄壁力學(xué)性能、撕裂效應(yīng)等進(jìn)行精準(zhǔn)標(biāo)定，搭建了完善的蜂窩鋁結(jié)構(gòu)仿真開發(fā)體系。
由于蜂窩鋁孔徑結(jié)構(gòu)尺寸較小，蜂窩鋁孔數(shù)量較多，為兼顧仿真精度與計(jì)算效率，對(duì)蜂窩孔徑進(jìn)行合理等效。通過研究蜂窩鋁結(jié)構(gòu)的局部變形模式，確定蜂窩鋁孔徑結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)布置方式與尺寸,精確模擬蜂窩鋁孔徑的細(xì)節(jié)變形。對(duì)于實(shí)物蜂窩鋁結(jié)構(gòu)存在粘膠連接方式，同樣進(jìn)行合理的粘膠模擬。
準(zhǔn)確的材料參數(shù)是高精度蜂窩鋁仿真開發(fā)的重要一環(huán)，為得到蜂窩鋁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能卡片，對(duì)蜂窩鋁所用鋁箔進(jìn)行不同缺口的料片試驗(yàn)，得到應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)曲線，結(jié)合不同缺口的失效數(shù)據(jù)，得到基于GISSMO失效的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)S度曲線，初步完成材料失效模型的開發(fā)。
由于加工工藝及孔洞空氣壓縮效應(yīng)直接影響蜂窩鋁力學(xué)性能，需設(shè)計(jì)實(shí)物蜂窩鋁單體不同受力狀態(tài)的沖擊試驗(yàn)，得到單體的力學(xué)特性曲線，將材料失效力學(xué)參數(shù)帶入到蜂窩鋁單體仿真模型中，通過失效力學(xué)參數(shù)的再調(diào)整，完成蜂窩鋁單體結(jié)構(gòu)的模擬，得到高精度蜂窩鋁單體仿真模型。
蜂窩鋁整體結(jié)構(gòu)通常由不同性能的單體與連接板通過粘膠、鉚接等方式組合而成，在蜂窩鋁單體精確模擬的基礎(chǔ)上，還需對(duì)連接板、粘膠等進(jìn)行精準(zhǔn)建模，建立蜂窩鋁整體結(jié)構(gòu)的CAE模型。為提高蜂窩鋁模型的精度，可設(shè)計(jì)不同受力形式的壓縮試驗(yàn)，進(jìn)行多重工況分析驗(yàn)證,通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)、連接模擬方法與失效參數(shù)等方式，將蜂窩鋁的仿真力學(xué)表現(xiàn)與實(shí)物力學(xué)特性進(jìn)行匹配，完成蜂窩鋁的仿真開發(fā)。
工程院安全開發(fā)部目前在蜂窩鋁結(jié)構(gòu)仿真開發(fā)領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)上，形成了蜂窩鋁撕裂的精準(zhǔn)化模擬方法，已獲得《一種蜂窩鋁材料失效力學(xué)參數(shù)確定方法及系統(tǒng)》的發(fā)明專利授權(quán)，圍繞蜂窩鋁仿真開發(fā)的數(shù)個(gè)發(fā)明專利亦在申報(bào)中。在蜂窩鋁仿真開發(fā)流程方面，綜合仿真開發(fā)與試驗(yàn)驗(yàn)證，制定了科學(xué)完善的蜂窩鋁高精度仿真開發(fā)體系。
目前，基于已形成的蜂窩鋁結(jié)構(gòu)仿真開發(fā)技術(shù)體系，已延申開發(fā)了涵蓋MPDB、AE-MDB、ODB等主要壁障模型的蜂窩鋁有限元壁障產(chǎn)品庫，后續(xù)將圍繞實(shí)際應(yīng)用，持續(xù)開發(fā)更多系列的蜂窩鋁有限元產(chǎn)品。
在整車碰撞測試更符合中國國情的背景下，符合中國道路車輛特征與交通事故形態(tài)的壁障開發(fā)是汽車安全重要的發(fā)展方向。中汽中心工程院安全開發(fā)部充分發(fā)揮在汽車安全方面的引領(lǐng)作用,立足于汽車領(lǐng)域，建立高精度蜂窩鋁仿真開發(fā)體系，積極尋求航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的合作，持續(xù)為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)！
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