一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，包括：进行铝合金型材样片级材料试验，以获得包括不同试验力状态下的试验力‑位移曲线及不同应力状态下材料的失效应变在内的材料数据；结合试验获得的材料数据，应用LS‑DYNA有限元分析软件，建立铝合金型材的MAT*_36号材料卡和MAT*_ADD_EROSION材料卡，并确定材料卡需要标定的参数；建立材料试验仿真模型，开展包括非失效部分和失效部分在内的材料试验标定；开展铝合金型材零部件落锤冲击试验，将标定后的材料卡带入铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型中，通过零部件试验标定，确认最终铝合金型材零部件碰撞仿真模型。本发明专利技术所述方法能够实现对汽车碰撞工况的铝合金型材零部件变形及失效的准确仿真模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法
本专利技术属于汽车零部件碰撞仿真模拟
，具体涉及一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法。
技术介绍
近年来，随着汽车保有量的不断上升，交通事故数量不断增加，政府和消费者对于汽车安全的重视程度逐年提升。伴随着汽车排放和能耗方面相关法规日趋严格，汽车轻量化越来越受到行业重视，铝合金型材具有的高强度、低密度，成型工艺简单的特点使其在汽车车身上的应用越来越普遍。铝合金型材在汽车防撞横梁，吸能盒，电池框架等关键安全结构件上的应用，对于汽车安全仿真带来了新的问题：一方面与传统的钢制件不同，铝合金型材具有明显的各向异性；另一方面铝合金塑性比钢材差，在碰撞过程中更容易失效断裂，因此准确模拟汽车碰撞过程中的铝合金型材损伤失效变得尤为重要。基于铝合金型材挤压成型的工艺特点，使得成型后的铝合金零件材料组织具有明显的方向性，在宏观层面表现为力学性能的各向异性。现有的铝合金型材在汽车碰撞领域大多通过CAE计算机辅助工程进行模拟仿真，该方法在铝合金型材零件仿真过程中存在以下两大缺陷:1、在该方法中，铝合金型材一般均采用各向同性的材料本构，很难准确模拟型材在碰撞过程中的变形；2、在铝合金型材的失效仿真方面，该方法均采用单一理论失效模型处理问题，而铝合金型材零件在碰撞过程中的受力状态较为复杂，现有的CAE计算机辅助工程进行模拟仿真无法满足复杂应力状态铝合金型材的损伤失效仿真需求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术公开了一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，所述方法基于LS-DYNA有限元分析软件的MAT*_36(即*MAT_3-PARAMETER_BARLAT)号材料卡和MAT*_ADD_EROSION材料卡，通过设置铝合金型材在挤压方向、垂直挤压方向以及45°方向上的相关材料力学特性参数、损伤及失效参数和单元节点，最终实现对汽车碰撞工况的铝合金型材零部件变形及失效的准确仿真模拟。结合说明书附图，本专利技术的技术方案如下：一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，所述碰撞仿真模拟方法具体步骤如下：S1：进行铝合金型材样片级材料试验，以获得包括不同试验力状态下的试验力-位移曲线及不同应力状态下材料的失效应变在内的材料数据；S2：结合步骤S1试验获得的材料数据，应用LS-DYNA有限元分析软件，建立铝合金型材的MAT*_36号材料卡和MAT*_ADD_EROSION材料卡，并确定材料卡需要标定的参数；S3：建立材料试验仿真模型，开展包括非失效部分和失效部分在内的材料试验标定；S4：开展铝合金型材零部件落锤冲击试验，将步骤S3中获得的标定后的材料卡带入铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型中，通过零部件试验标定，确认最终铝合金型材零部件碰撞仿真模型。步骤S1中，所述试验包括：静态0°拉伸、动态0°拉伸、静态45°拉伸、静态90°拉伸、圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验、穿孔试验以及成型极限试验；通过所述试验获得的试验力-位移曲线包含以下部分：包括：静态0°拉伸静态力-位移曲线、静态45°拉伸静态力-位移曲线和静态45°拉伸静态力-位移曲线在内的静态力-位移曲线；包括：动态0°拉伸动态力-位移曲线在内的动态力-位移曲线；通过所述试验获得的不同应力状态下材料的失效应变包括：分别在圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验和穿孔试验下，不同应力状态下材料的失效应变。所述静态0°拉伸、静态45°拉伸以及静态90°拉伸试验通过多功能拉伸实验机实现；所述动态0°拉伸试验通过高速拉伸试验机实现；所述圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验、穿孔试验以及成型极限试验通过多功能拉伸实验机与DIC应变分析系统实现。步骤S2中，MAT*_36号材料卡中需要标定的参数包括：密度、弹性模量、泊松比、应变率-应力应变曲线和塑性应变比；MAT*_ADD_EROSION材料卡中需要标定的参数包括：正向断裂极限曲线、剪切断裂极限曲线、成型极限曲线和损伤演化参数。所述密度和泊松比通过查询手册获得；所述弹性模量和塑性应变比通过步骤S1获得的静态力-位移曲线获得；所述应变率-应力应变曲线通过步骤S1获得的静态力-位移曲线和动态力-位移曲线获得；所述正向断裂极限曲线、剪切断裂极限曲线和成型极限曲线，通过步骤S1获得的在不同应力状态下材料的失效应变拟合得到；所述损伤演化参数通过经验赋值。所述步骤S3中，建立材料试验仿真模型，通过单元节点顺序定义材料试验仿真模型的型材轧制方向，将步骤S2中建立的铝合金型材材料卡片带入材料试验仿真模型，并调整铝合金型材材料卡片中的参数，直至仿真与试验力-位移曲线COR拟合度达到90％以上。所述非失效部分标定过程为：调整MAT*_36号材料卡中包括不同应变率-应力应变曲线和塑性应变比在内的参数，直至包括静态0°拉伸、动态0°拉伸、静态45°拉伸和静态90°在内的四个非失效试验工况的仿真与相应的试验力-位移曲线COR拟合度均达到90％以上，以实现对MAT*_36号材料卡的材料试验标定。所述失效部分标定过程为：调整MAT*_ADD_EROSION材料卡中包括正向断裂极限曲线、剪切断裂极限曲线和损伤演化参数在内的参数，直至包括圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验和穿孔试验在内的四个失效试验工况的仿真与相应的试验力-位移曲线COR拟合度均达到90％以上，以实现对MAT*_ADD_EROSION材料卡的材料试验标定。所述步骤S3中，先进行非失效部分标定，在进行失效部分标定；所述非失效部分标定过程中，静态0°拉伸、动态0°拉伸、静态45°拉伸和静态90°四个非失效试验工况依次进行；所述失效部分标定过程中，圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验和穿孔试验四个失效试验工况依次进行。所述步骤S4的具体过程如下：首先，建立铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型，通过单元节点顺序确定型材轧制方向，将步骤S3中以标定的铝合金型材材料卡片带入铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型中，并提取冲击力-位移曲线；然后，通过仿真与试验力-位移曲线对标，通过调整铝合金型材材料卡片中的参数，对铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型进行调整，直至仿真与试验力-位移曲线COR拟合度达到90％以上；最后，对比仿真与试验裂纹扩展范围及走向，确认最终铝合金型材零部件仿真模型。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术所述汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，考虑了铝合金型材的成型工艺特点带来的挤压方向与垂直挤压方向的力学性能差异，采用各向异性的材料本构模拟型材零部件，可极大提升仿真模型计算准确性；2、本专利技术所述汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，采用DIEM模型模拟铝合金材料损伤失效，包含正应力破坏、剪应力破坏、颈缩失稳等多种失效理论组合应用，灵活性更强，更好地适用于碰撞工况下铝合金型材零部件的各种复杂受力工况的失效仿真；...

【技术保护点】
1.一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：/n所述碰撞仿真模拟方法具体步骤如下：/nS1：进行铝合金型材样片级材料试验，以获得包括不同试验力状态下的试验力-位移曲线及不同应力状态下材料的失效应变在内的材料数据；/nS2：结合步骤S1试验获得的材料数据，应用LS-DYNA有限元分析软件，建立铝合金型材的MAT*_36号材料卡和MAT*_ADD_ER OSION材料卡，并确定材料卡需要标定的参数；/nS3：建立材料试验仿真模型，开展包括非失效部分和失效部分在内的材料试验标定；/nS4：开展铝合金型材零部件落锤冲击试验，将步骤S3中获得的标定后的材料卡带入铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型中，通过零部件试验标定，确认最终铝合金型材零部件碰撞仿真模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：
所述碰撞仿真模拟方法具体步骤如下：
S1：进行铝合金型材样片级材料试验，以获得包括不同试验力状态下的试验力-位移曲线及不同应力状态下材料的失效应变在内的材料数据；
S2：结合步骤S1试验获得的材料数据，应用LS-DYNA有限元分析软件，建立铝合金型材的MAT*_36号材料卡和MAT*_ADD_EROSION材料卡，并确定材料卡需要标定的参数；
S3：建立材料试验仿真模型，开展包括非失效部分和失效部分在内的材料试验标定；
S4：开展铝合金型材零部件落锤冲击试验，将步骤S3中获得的标定后的材料卡带入铝合金型材零部件落锤冲击仿真模型中，通过零部件试验标定，确认最终铝合金型材零部件碰撞仿真模型。


2.如权利要求1所述一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：
步骤S1中，所述试验包括：静态0°拉伸、动态0°拉伸、静态45°拉伸、静态90°拉伸、圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验、穿孔试验以及成型极限试验；
通过所述试验获得的试验力-位移曲线包含以下部分：
包括：静态0°拉伸静态力-位移曲线、静态45°拉伸静态力-位移曲线和静态45°拉伸静态力-位移曲线在内的静态力-位移曲线；
包括：动态0°拉伸动态力-位移曲线在内的动态力-位移曲线；
通过所述试验获得的不同应力状态下材料的失效应变包括：分别在圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验和穿孔试验下，不同应力状态下材料的失效应变。


3.如权利要求2所述一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：
所述静态0°拉伸、静态45°拉伸以及静态90°拉伸试验通过多功能拉伸实验机实现；
所述动态0°拉伸试验通过高速拉伸试验机实现；
所述圆孔拉伸、缺口拉伸、剪切试验、穿孔试验以及成型极限试验通过多功能拉伸实验机与DIC应变分析系统实现。


4.如权利要求2所述一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：
步骤S2中，MAT*_36号材料卡中需要标定的参数包括：密度、弹性模量、泊松比、应变率-应力应变曲线和塑性应变比；
MAT*_ADD_EROSION材料卡中需要标定的参数包括：正向断裂极限曲线、剪切断裂极限曲线、成型极限曲线和损伤演化参数。


5.如权利要求4所述一种汽车铝合金型材零部件的碰撞仿真模拟方法，其特征在于：
所述密度和泊松比通过查询手册获得；
所述弹性模量和塑性应变比通过步骤S1获得的静态力-位移曲线获得；
所述应变率-应力应变曲线通过步骤S1获得的静态力-位移曲线和动态力...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦强强，朱学武，姚宙，娄方明，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22