碰撞分析FEM建模指南

碰撞分析FEM建模指南

建立一般性的卓IS有限元模型原考隙亨毅嘉的

(1)“羟品彝中品^的重要性”

(2)“分析性檄隼及其效益”

(3)“卓IS耐疲劳分析-tf算械崖生的道路载荷和鹰力分析”

(4)“缺乏涓睹£的隼辆结情分析”

和本文中的蓝颜色字髓。

一、车身模型建模规定

1、建模工具软件AltairHyperMesh

2、建模总则

工欲善其事，必先利其器。有限元模型是仿真的基够，数模交接畤，数模的

遏必须是迎^的。要保as数模的完整性，萍近数模的面必须要有共同谖。畿刖由

建模人员根据建模手册行事：建立有限元模型的畴iw是估整他结横鹰力分析耗畤

的百分之七十。遗憾的是^多分析人具没有介入有限元口勺建模工作，因此儒管分

析结果是和测就:时国吉果有is塞分析人^很辘能在有偏差的有限元模型上做鹰有

於j直献，更不要^增迤工作的效率。

有限元模型是^^人具根据分析人具的规定，符CAD的焊粘，焊畿，^和面

交给建模人具。若工，兄畲要致焊黠破裂，可以符焊黠模摭成六毫米兄方口勺固醴单

元，示金^^失败。焊黠是必需要投影在翻遏的面上以保瞪罩元H勺一致性。

前彳姿搐凰玻璃和窗框之^是黏膝^言I•人员愿者亥符滞凰玻璃H勺最卜.眉面交给

建模人具。黏“蓼可以用固微罩元模擦，它的厚度就是搐.亚玻璃底面和窗框金

空隙。

软件雎然有自我接斶面H勺算法，最佳是逗摞性的鹰用。建模畤鹰顺便招接斶

面，被接懒面一封一封口勺建立。

1）、串辆有限元分析镀金零件模擦的罩元是探用目前公熬精硅度最佳的

MITC4殁^元（ADINA,AXSYS,LSDYNA均有MITC4段用.元）。

MITC4罩元鹰有的特性是：

不用特殊鼓原理。

不含有革元燮形而能量不箜H勺缺陷。

在薄^分析中没有抱死现象。

没有可第的梦要攵。

精碓度不畲因^格形状而受影辔（NEWTONCOTESFORMULAS）。

是全集分军元（GAUSSFORMULAS）。

薄段分析需用十六第黠单元，军元形成鹰可延伸至低次军元，即三«1黠单元

有雨高式（GAUSS）稽分黠，四^钻军元有三高式（GAUSS）稽分黠。

2）、每个零件的FE模型建立在几何模型的中面。假如CAD模型为实体模型应

抽取中面进行网格划分，假如原CAD数模是上表面或下表面时，网格划分完后单

元应偏移到中面。

3）、不容许有单元贯穿中心对称面，位于对称中面的单元节点应布置在对

称中心。

4）、统一单位制为：毫米（mm）、秒（s）、吨（t）、牛顿（N）。

5）、同一厚度日勺零件，也要有值I别的PID,该零件/JPID应是唯一日勺，不同

样厚度的零件和不同样材料H勺零件应分割成对应的Part并赋予对应H勺PID。

6）、每个零件及对应口勺属性特性命名规则如下：PID_零件名称、SID_零件

名称、MID_零件名称。

7）、每个Part对应唯一的单元特性属性（SID）和唯一的材料属性（MID）,

且对应肚）ID号码相似即：PID二SID二MID。

8）符主要H勺整聿有限元模型分别愿用于不同样的掰撞分析。

左右主醇分析［I勺有限元模型可以依掳小同样的跋撞分析工况再予以显域性

的I黜分。

所有的非畿性分析软件均有自我接解面；不过不合适滥用；建^花粘畤^建

立傅统的一封封接解面和被接僦!面。

接角置面和被接斶面H勺^格大小鹰相常。

零件在面相彳灸口勺厚度是不均匀的，在耐疲和跳撞^中，往往金燃失

败鹿^金厚度是比同部件敕薄；最理想的I有限元模型是^金街屋彳麦H勺成品，

3、网格划分规定

觐察^格粗细之收敛，是舆单元时^量，罩元的I形成方式有3机是舆里元厚

度上的稹分黠数目有是典接解面的公式化有加上焊黠的模掇措施，和^

格的走向都畲封收敛情成影格太黜即浪^^十算畤^格太粗刖祇能嶷i示

出低陷的曲率屈曲模憩。辆格H勺大小制分是根撮分析的精碓度规定而定，唯有用

碓定收敛的^格尺寸，分析的结果在造木事状憩下才不曾改燮，^故意羲。正碓H勺

结横^格大小是可^^多次颈先分析，比较结果，或是由判断燮型阍的柔滑度得

知。正规的做法是根据铝徜分析彳爰H勺等鹰力畿H勺延^性光滑度卷举.，要懂得适谩

程是必要的。

跳撞畤畲折管的）部位或是曾折黠的电身部位其接斶面口勺辎格大小可以

黜分卷一至三毫米，否则畲影辔燮形位置破壤分析结果；KO建是分析H勺^量是不

容折衷，军元的^量按比例减低和单元的货量按比例增长H勺做法是不允言午的，因

禹言十算畴1«日勺步骤是不容人舄的折衷。

1）、碰撞变形区域H勺网格平均长度为10mm,网格最小尺寸不不不不大于5mm

（零件构造中有加强筋和槽的位置网格最小尺寸可为4mm）,网格最大长度不不

不大于12mm。

正面碰撞：A柱与B柱中间位置此前的所有银金零件（车门除外），包括纵

梁、纵梁前段、防撞梁、翼子板支撑构造等的平均单元长度为8mm；

侧面碰撞：前后从A柱至C柱（包括A柱与C柱），横向左半部所有零件及其某

些零件的左半部（框内H勺零件及其某些零件的框内部分）；

背面碰撞：C立柱（包括C立柱）后来的所有零件及其某些零件的后部（车门

除外）C

—J

2）、非碰撞变形区域的单元平均尺寸为15mm,最小网格尺寸不不不不大于

5mmo

3）、每个零件单元之间不许有穿透发生，整个FE模型进行穿透检测，不容

许有穿透产生。穿透检查时提议设置零件厚度系数为0.65。

4）、网格质量规定

ELEMENTGUIDELINESCriterionMust

1ElementLength-5mm4mm

minimum

2Aspectratio2.03.0

3Warpage10<15

4Jacobian0.6

5Skewness4560

QUADelementminimum

645°40°

internalangle

QUADelementmaximum

7135°140°

internalangle

TRIAelementminimum

830°20°

internalangle

TRIAelementmaximum

9120°135°

internalangle

Totalnumberof

105%

triangles

•每个零件网格划分完毕后，检查网格质量满足上面规定;

•每个零件网格内部不能有多出的自由边出现

•每个零件的网格单元法向方向相似

•不容许有反复节点

•不容许有反复单元

•二个或者多种三角形单元不容许共用一种节点

Threetnanglesconnected

tothesamegridpoint

(8)(t)

5）圆角处理

^格允^小到一至雨毫米。

圆角半径不不不大于4nim,圆角弧边上不用划分节点

•圆角半径不不大于5nun,圆角弧边上划分二排或多排单元

6）、翻边处理

•焊边上至少划分二排单元

•为了保证焊点与单元垂直，应当保证焊边口勺初始形状，焊边单元不应

有多出B勺角度产生。

7）、包边和折叠构造的处理

•对于车身构造中四门二盖以及其他构造中有包边和折叠构造，用五陷

合材料罩元（即金^薄膜，金斶薄膜，金端Jg）,金燃

^惜］摩擦力可由摩擦系数和包遏的整力算出。处理如卜.图所示。

DifferentPID

withcombine

thicknessof

bothslieet

metalisset

8）、孔的处理

a）螺栓孔

对于螺栓连接孔，孔边至少布置6个节点且节点个数为偶数，周围做一圈

washero当孔边单元最小长度不不不大于4nmi时可以扩大孔的直径使其抵达网格

质量规定。

螺栓孔直径不不不大于5mm时，该孔可以直接去掉不模拟，但螺栓孔中心位

置应布置一节点为后来模型连接时使用。

b）钟接孔处理

用于钾接H勺孔直接去掉不模拟

9）、焊点模拟

焊罢占在蹦撞II域用六亳米见方的六面醴单元模搦其他部位口勺焊黠可以较

黠模擦之。

焊点单元采用MAT100B勺*Element_BEAM单元或者hexa六面体单元模拟，焊点

材料属性选用MAT100号材料模型。

Element_BEAM或者hexa六面体单元

•对于气体保护焊构造的连接，采用TIED_NODES_TO_SURFACEH勺连接形

式

雨片金黏膜可逗撵能分眉失败的经典三盾段禳合材料罩元。IMM

坡瑞模擦法可用三解（即坡境，PVC,坡摘）及五屏（艮1玻璃，rvc,玻璃，黑色

黏月即金斶ag）日勺段未复合材料单元。照竦亨毅嘉的“审辆耐疲劳分析”。

•对于车身中车门、发动机罩、后备箱盖的内外板部分连接采用胶粘构

造采用六面体实体单元模拟胶粘连接，材料赋予对应日勺粘胶材料属性。

模型中实体单元与内外板连接可以采用节点重叠形式，也可以采用

TIED_NODES_TO_SURFACE或者TIED_SURFACE_TO_SURFACE连接

•前后挡风玻璃采用橡胶连接构造，采用六面体实体单元模拟橡胶连接,

材料赋予对应的橡胶材料属性。模型中橡胶实体单元与车体连接可以

采用节点重叠形式，也可以采用TIED_NODES_TO_SURFACE或者

TIED_SURFACE_TO_SURFACE连接。

•胶粘连接同样可以采用弹簧单元模拟连接，需设置XYZ三个方向H勺弹簧

刚度。

11）、较接

跤^大小形状，因隼而累；跤^的功能是旋串机在正常的跳撞工况令交^可

用固鹘里元，或是^甲.元，加上一幺且接斶面。如是才可以正石售地酹部件口器的力互

相停遮。

对于车门绞链、底盘零部件中波及到的多种绞链连接构造，相对应H勺采用

绞链单元模拟：

CONSTR/\INED_JOINT_SPHERICAL

CONSTRAINED_JOINT_REVOLUTE

CONSTRz\INED_JOINT_CYLINDRICAL

CONSTRAINED_JOINT_PLANAR

CONSTRAINED_JOINT_UNIVERSAL

CONSTRAINED_JOINT_TRANSLATIONAL

Unh-ersAljointTranslationaljoint

12）、零件几何构造模型中工艺加强筋和工艺槽的处理

加强筋自有其功用，不可删除。

对于碰撞变形区域H勺加强筋和工艺槽构造尽量要保留其原始构造形状。

13）、斜边的处理

对于某些零部件H勺构造存在斜边，网格划分过程中应使网格H勺走向与边界垂

直。

^格时走向依撼现撞畤日勺鹰力波的方向，或是垂直，或是平行。

二、底盘、动力传动系统模型建模规定

^孝照I集亨毅窝口勺“申・^耐疲劳分析”。

一般规定

掌握好部件H勺模振是必要H勺。因舄前面部件的燮形影辔到彳爰面部件燮形的位

置和畤段，影辔到申情跳撞峰值的畤段；封感鹰器是趣舄3舲建。

樊勤檄H勺安装塾，螺栓材料，勰套的喝性，泡沫，塑料，^合材料等材料的

^^数獴是不可缺乏H勺。

要硅定每值I部件日勺重量和重心和'宣物一致。

要碓定每值I部件冏H勺速接，部件舆聿身速接是和宣物一致。

要硅定力的傅厚方向不赞生偏差；橡85塾，速杆，琮85勰套^^用固般单元

模除

橡IB勰套的金底面和橡H速接地方是分不ISJ的，可揉用同一第钻。

原刖匕副申:架是使用固醴单元模力疑，在固H里元不可防止的知H小畤，可用刚

艘罩元取代.

一封封接罐面口勺建立是必要的。

底盘和动力传动系统模拟模型的建立时，每个零部件应分割成不同样的

Part,并且每个Part赋予对应的J材料属性。每个Part的属性ID号码相似即：PTD

=SID=MIDo

底盘和动力传动系统可以分割成如下时几种部件总成模型：

1）、发动机：重要包括发动机主体、发动机进油管路、发电机、空气压缩

机、水泵、过滤器、蓄电池、刹车助理器、ABS、齿轮箱、差速器、传动轴等。

2）、排气系统：提取器、管路、接触转换器、消声器、固定支架等。

3）、冷却系统：散热器、风扇、风扇支架等

4）、发动机安装点

5）、转向系统

6）、前、后副车架

7）、前、后悬挂系统和轮胎刹车系统

网格划分规定

1.发动机

对于发动机、变速箱等比较大的I构造，抽取发动机和变速箱的外表面，并合

适简化，网格基本尺寸为15—20mni。

发动机和变速箱等本体在分析中作为刚体处理，但必须保证单元质量，可以

作合适的几何简化处理

对有安装支架日勺蓄电池、ABS、过滤器等零部件，安装支架需抽取几何中面,

保证其实际H勺厚度。网格质量要保证。划分网格的I基本尺寸10mm,最小单元尺寸

需不不大于5mm。

2.排气系统

排气管、接触转换器、提取器等抽取零件的几何中面保证其实际厚度。消声

器抽取外表面模拟。排气系统零件的连接采用节点重叠方式。划分网格基本尺寸

为10mm

3、冷却系统

网格划分基本尺寸为10mm

风扇、风扇框架、风扇固定支架采用壳单元模拟。

冷却器和散热器采用六面体solid单元模拟，至少保证3层实体单元，使用蜂

窝材料属性Honeycomb。

4.发动机安装点

网格划分基本尺寸为10mm

发动机安装构造抽取几何中面，保证单元质量。橡胶垫和液压阻尼采用弹簧

单元模拟

5、转向系统

抽取转向系统零部件H勺外表面，采用壳单元模拟。保证单元质量，网格划分

基本尺寸为10mm。

6）、前、后副车架

重要采用壳单元模拟，抽取零件的中面，网格划分基本尺寸10