有限元分析在護欄研發過程中的應用

2017-01-23  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

隨著我國公路交通的飛速發展,公路發生的交通事故越來越多。其中汽車與護欄碰撞占據很大比例,每年造成巨大的人員傷亡和財產損失,因此對于公路安全產品的開發也至關重要。但是眾所周知,傳統開發手段往往是建立在實際產品的基礎上,不利于短周期開發,降低成本。為了減少試驗次數,降低產品開發成本,縮短產品開發周期,提高產品設計質量,需要對產品進行快速、精準的評價分析,開發人員不再僅僅依靠以往積累的經驗知識以及試驗去估計。有限元是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。由于大多數實際問題難以得到準確解,而有限元不僅計算精度較高,而且能適應各種復雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。

一、有限元方法簡單介紹

在模擬中,主要使用hypermesh和lsdyna作為前處理軟件和求解器。Hypermesh是世界領先的、功能強大的CAE前處理軟件,由ALTIAR公司開發,目前在世界上的應用非常廣泛。Hypermesh有限元網格前處理功能非常優秀,并且與眾多CAE求解器有良好的接口。Lsdyna是一款功能強大的顯示通用分析有限元程序,可以求解各種二維、三維非線性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性問題。

二、模擬仿真的實現流程

1、Proe實體模型,對模型整體組裝;

2、把模型導入hypermesh前處理,進行適當的模型簡化,幾何清理,屬性、材料、載荷等其他前處理設置;

3、輸出k文件,lsdyna中計算求解;

4、ls-prepost中后處理,輸出其位移、應力、速度、加速度等變量結果;

5、整理分析結果。

三、部分產品的模擬情況

1、標準波形板護欄

2、導軌式可導向防撞墊

3、車尾防撞緩沖裝置

4、蝶型板預應力活動護欄

5、高效能護欄

6、收費站廣場活動護欄

7、雙軌式蜂網可導向防撞墊

8、算盤轉子護欄

9、轉子護欄

四、部分產品模擬情況與實車碰撞的對比

1、旋轉式護欄對比情況

五、闡述

綜上所述,對于新開發產品,通過有限元分析方法,不僅能很好地指導了產品的開發過程,挖掘更多在開發過程中出現的bug,而且可以對產品在開發過程中不斷進行優化,避免經費和時間的浪費。在模擬過程中,雖然對產品的某些弱關系進行了簡化甚至忽略,只分析其主要因素,但其結果可以通過實車碰撞試驗來驗證和反向指導模擬不斷提高精度。對于模擬過程和實車碰撞相比較:模擬過程主要在以下方面存在一些誤差:

1、參數設定部分,車輛速度、碰撞角速度等嚴格按照規范要求設置,不存在誤差,比較理想化,但在試驗時會有一個合理誤差范圍存在。

2、實驗車輛跟仿真用車輛雖然在重心位置,質量等方面一致,但質量分布并不完全一致,外形差別也比較大;

3、環境影響,空氣阻力以及風載荷等的影響;

4、材料參數,在仿真過程中,材料都按照某些實驗材料參數而設定,與實際材料會有一定的差異;

5、焊點、螺栓以及地面等方面,理想化設置,跟實際情況有所出入。但是整的來說,通過模擬手段,可以比較準確的預測,可以方便地實施參數化,快速化處理,對某些部分可以不斷重復優化,以達到預期目標。在不斷模擬過程中,通過11次的實車碰撞實驗對比分析可以看出,模擬情況與實際情況在各個參數方面的異同。其仿真效果從實車碰撞視頻與模擬視頻對比顯而易見,仿真精度從模擬實驗報告和實車碰撞報告中對比分析可知,誤差并不太大。所以,對于我們所有產品,先通過有限元方法,不斷進行一遍又一遍的重復模擬,反復優化,再模擬,最后通過實車碰撞進行檢驗,唯一目的就是讓我們每一款產品都能達到規范要求,提出最優化設計。

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