蜂窩鋁結構高精度仿真開發(fā)技術
時間：2024-04-02
蜂窩鋁結構廣泛應用于汽車、航空航天與軌道交通等領域。在汽車行業(yè)中，蜂窩鋁結構多應用于車輛碰撞壁障設計，通過改變蜂窩鋁結構設計參數反映車體不同區(qū)域的力學特性。在整車前期設計階段，通常采用虛擬仿真的方式進行整車碰撞性能預測。其中，仿真中使用的有限元蜂窩鋁壁障的精度和復雜程度，直接關系到碰撞仿真結果的準確性和計算效率。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)團隊通過蜂窩鋁結構的合理CAE等效，材料級、零部件級的靜、動態(tài)試驗研究，對蜂窩鋁薄壁力學性能、撕裂效應等進行精準標定，搭建了完善的蜂窩鋁結構仿真開發(fā)體系。
由于蜂窩鋁孔徑結構尺寸較小，蜂窩鋁孔數量較多，為兼顧仿真精度與計算效率，對蜂窩孔徑進行合理等效。通過研究蜂窩鋁結構的局部變形模式，確定蜂窩鋁孔徑結構的網格節(jié)點布置方式與尺寸,精確模擬蜂窩鋁孔徑的細節(jié)變形。對于實物蜂窩鋁結構存在粘膠連接方式，同樣進行合理的粘膠模擬。
準確的材料參數是高精度蜂窩鋁仿真開發(fā)的重要一環(huán)，為得到蜂窩鋁結構的力學性能卡片，對蜂窩鋁所用鋁箔進行不同缺口的料片試驗，得到應力應變參數曲線，結合不同缺口的失效數據，得到基于GISSMO失效的應力應變三軸度曲線，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直接影響蜂窩鋁力學性能，需設計實物蜂窩鋁單體不同受力狀態(tài)的沖擊試驗，得到單體的力學特性曲線，將材料失效力學參數帶入到蜂窩鋁單體仿真模型中，通過失效力學參數的再調整，完成蜂窩鋁單體結構的模擬，得到高精度蜂窩鋁單體仿真模型。
蜂窩鋁整體結構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上，還需對連接板、粘膠等進行精準建模，建立蜂窩鋁整體結構的CAE模型。為提高蜂窩鋁模型的精度，可設計不同受力形式的壓縮試驗，進行多重工況分析驗證,通過調整結構參數、連接模擬方法與失效參數等方式，將蜂窩鋁的仿真力學表現(xiàn)與實物力學特性進行匹配，完成蜂窩鋁的仿真開發(fā)。
工程院安全開發(fā)部目前在蜂窩鋁結構仿真開發(fā)領域積累了豐富的經驗，在關鍵開發(fā)技術上，形成了蜂窩鋁撕裂的精準化模擬方法，已獲得《一種蜂窩鋁材料失效力學參數確定方法及系統(tǒng)》的發(fā)明專利授權，圍繞蜂窩鋁仿真開發(fā)的數個發(fā)明專利亦在申報中。在蜂窩鋁仿真開發(fā)流程方面，綜合仿真開發(fā)與試驗驗證，制定了科學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構仿真開發(fā)技術體系，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品庫，后續(xù)將圍繞實際應用，持續(xù)開發(fā)更多系列的蜂窩鋁有限元產品。
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作用,立足于汽車領域，建立高精度蜂窩鋁仿真開發(fā)體系，積極尋求航空航天、軌道交通等領域的合作，持續(xù)為客戶提供優(yōu)質服務！
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