分享好友 资讯首页 频道列表

基于显示动力学的汽车保险杠有限元分析

2017-04-24 12:180
     1 显示动力学基础

    显示算法又分为动态显示算法和静态显示算法,动态显示算法采用动力学方程的一些差分格式,不用直接求解切线刚度,不需要进行平衡迭代,计算速度快,而且收敛问题一般不存在。数值计算过程可以很容易的进行并行计算,程序编制也相对简单。显示算法中质量矩阵为对角矩阵,只有在单元级计算尽可能少时才能发挥其速度优势,所以计算精度难以保证。静态显示算法不需要迭代,因为它基于平衡方程组和Eular向前差分法,这种方法在计算时会使所得结果慢慢偏离正确值,可靠性较强。

    当数值仿真问题涉及瞬态、大应变、大变形、材料的破坏,材料的完全失效或者伴随复杂接触的结构问题时,通过ANSYS显示动力学求解可以满足客户的需求。ANSYS显示动力学分析包括三种求解器:ANSYS Explicit STR2、ANSYS AUTODYN以及ANSYSLS-DYNA。

    2 基于LS-DYNA求解器的保险杠显示动力学分析

    本节内容主要是利用ANSYS Workbench软件中Explicit Dy-namics(LS-DYNA Export)模块,对模型进行前处理,并生成DYNA求解器所需的k文件,最后在LS prepost软件中进行结果后处理。

    首先将保险杠几何模型导入Explicit Dynamics(LS-DYNA Ex-port)模块中,定义各部分材料属性,材料属性如表所示:材料属性

表1 材料属性

材料属性 

    将模型导入后施加边界条件,首先将模拟车身质量的物块和保险杠两部分在DM窗口中重组,随后在Mechanical窗口中赋予材料,划分网格(被撞物体和模拟车身的物块网格尺寸定义为20mm,保险杠和加厚层尺寸定义为15mm),网格划分完成后共有61127个节点和248483个单元。固定约束选择被撞物块的外表面,速度设定为16666mm/s,End time选择为0.005s。速度选择为车身和保险杠,分析分为两组,第一组没有碳纤维加厚层,第二组有加厚层。将两组分析生成的k文件导入ANSYS Mechanical APDL ProductLauncher,在simulation environment中选择LS-DYNA solver,在li-cense中选择ANSYS LS-DYNA,analysis type选择Typical LS-DY-NA Analysis,找到相应k文件后进行运算,并将得到的结果导入LSprepost软件中进行后处理。

    3 结果后处理及分析

    在LS Prepost软件中导入DYNA求解器生成的plot文件,调用Fringe Component命令中的von mises stress选项查看保险杠所受的等效应力。

    当没有保护层保护的情况下,在撞击时刻选取最终时,也就是第12步时(12步为系统默认生成的步长)的等效应力云图如图1:

没有保护层时的等效应力云图 

图1 没有保护层时的等效应力云图

    由图中可以看出,应力集中出现的区域主要为物块与保险杠接触面处、保险杠与吸能盒连接处,如果加入前保护层,保险杠同时刻所受等效应力云图如图2所示:

    由图2中可以看出保险杠表面应力分布更加均匀,并未出现没有保护层时所造成的应力较集中的现象,但是,保险杠表面应力的大小照之前没有保护层时所受应力相差不大,此时应力集中点主要分布在保险杠边缘,变形较大的区域也主要集中在此,这些应力主要是由于垫片层变形所致,虽然结构在钢板厚度上有所减少,但是由于加装了保护层,力学性能没有进一步的丧失。也能够达到预期的效果,所以具有一定的实用性。

有保护层时保险杠等效应力云图 

图2 有保护层时保险杠等效应力云图

举报 0
收藏 0