本发明专利技术提供一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，包括以下步骤：用梁单元建立螺栓中心单元，设置螺栓壳单元，给螺栓壳单元赋予材料参数，螺栓中心单元与螺栓壳单元的节点一一对应，相应节点之间设置刚性连接。建立螺母模型，并将螺母模型的外表面划分螺母壳单元，给螺母壳单元赋予材料参数和螺母质量。给螺栓壳单元与螺母壳单元的相应节点之间建立刚性连接。将螺栓壳单元和螺母壳单元添加到与外部部件的接触中。给螺栓建模步骤中生成的每一个梁单元上设置预载。给梁单元赋予材料参数，给材料参数添加对应失效力与失效力矩限值。由此建模方法建立的模型用于仿真模拟碰撞响应，模拟结果更加准确，减少实车碰撞的次数，节约开发成本。节约开发成本。节约开发成本。
【技术实现步骤摘要】
用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法
[0001]本专利技术涉及汽车领域，具体是一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法。
技术介绍
[0002]螺栓连接作为汽车零部件重要的连接方式，整车碰撞仿真模型中关键部位螺栓受载情况及是否断裂失效，对仿真结果有着十分重要的影响。整车碰撞仿真模型中若能准确模拟螺栓局部受载及变形状态，并能对关键连接位置是否断裂失效加以预测，将极大提高整车仿真精度，降低开发成本。
[0003]目前实际应用中，通常采用四种方法。
[0004]第一种将需要螺栓连接的零部件位于螺栓孔附近的单元分别做成刚体，这些刚体通过DYNA关键字*CONSTRAINED_RIGID_BODIES关键字进行刚性绑定约束。
[0005]第二种将需要螺栓连接的零部件的螺栓孔孔周的节点通过一维刚体单元rigidbody直接刚性连接。
[0006]前两种方法建模简单有效，整车仿真中大量运用。但是这两种方法建模时忽略了螺栓本体的影响，将螺栓连接近似为刚体连接，不能反映螺栓本身的预载及碰撞过程中的螺栓本体的受载情况，也不能对关键区域的螺栓断裂失效风险加以预测。
[0007]第三种将螺栓本体通过三维实体单元建立出来，通过接触与周围需要连接的零部件连接。通常整车模型中要求实体单元尺寸不应小于3.5mm，实体单元分布至少3层以上，因此这种方法仅适用于至少M14以上的大螺栓，通用型不强，且相对于螺栓来说3.5mm单元过于粗大，精度难以保证。
[0008]第四种将要连接的零部件A的螺栓孔孔周的节点耦合成一个一维刚体单元rigidbody a，将要连接的零部件B的螺栓孔孔周的节点耦合成另一个一维刚体单元rigidbody b，最后将rigidbody a与rigidbody b通过一维可变形梁单元相连。这种方法将螺帽、螺栓头与要连接部件的接触关系近似为刚体约束，用一维梁单元模拟螺杆。这种方法无法模拟螺栓结构与周围零部件的接触关系，仅能通过beam模拟和监测此处螺杆受载情况。
[0009]以上四种方法均存在相当大的局限性，均不能在满足精度要求的情况下对螺栓受载情况进行准确模拟。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的在于提供一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，准确模拟螺栓在整车仿真环境中的预载和受载情况，提升了螺栓局部受力及变形的模拟精度，并能预测螺栓的断裂失效。由此建模方法建立的模型用于仿真模拟碰撞响应，模拟结果更加准确，能够提高整车碰撞仿真预测的可信度，减少实车碰撞的次数，节约开发成本。
[0011]本专利技术提供一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，包括以下步骤：
[0012]螺栓模型建模步骤：布点并使用梁单元建立螺栓中心单元，给螺栓中心单元外周设置螺栓壳单元，并给螺栓壳单元赋予材料参数；其中，螺栓中心单元与螺栓壳单元的节点一一对应，并且螺栓壳单元和螺栓中心单元的相应节点之间设置刚性连接。
[0013]螺母模型建模步骤：建立螺母模型，并将螺母模型的外表面划分螺母壳单元；并且，给螺母壳单元赋予材料参数，给螺母模型的形心赋予螺母质量。
[0014]螺栓模型与螺母模型的连接步骤：给螺栓壳单元与螺母壳单元的相应节点之间建立刚性连接。
[0015]外部接触设置步骤：将螺栓壳单元和螺母壳单元添加到与外部部件的接触中，以使螺栓壳单元和螺母壳单元与外部部件模型接触。
[0016]螺栓预载添加步骤：给螺栓建模步骤中生成的每一个梁单元上设置预载。
[0017]螺栓失效准则设置步骤：给螺栓建模步骤中的梁单元赋予材料参数，给材料参数添加对应失效力与失效力矩限值，当螺栓的受载超过限值时，螺栓的梁单元失效。
[0018]采用上述方案，通过合理的建模方法，考虑了螺栓形貌，准确的模拟了螺栓接触，考虑了螺栓的预载，并对螺栓做了失效设置。由此建模方法建立的模型用于仿真模拟碰撞响应，可准确的模拟螺栓在整车碰撞环境中的真实受载情况，并能够在超出许可范围后准确模拟断裂失效。本专利技术提高了螺栓连接的模拟精度，有助于提高整车碰撞仿真的可信度，能够减小开发试验的次数，缩短开发周期，降低开发成本。
[0019]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，在螺栓建模步骤中，分别在螺栓头平面与螺杆头平面的两个圆心布点，使用至少一个梁单元连接两个圆心并建立螺栓中心单元，给螺栓中心单元的外表面设置一层螺栓壳单元，将螺栓壳单元的每一个节点与螺栓中心单元的对应节点以刚性单元连接；其中螺栓中心单元按照截面直径分别定义为螺纹部分和无螺纹部分；并且螺纹部分的截面直径为螺纹牙底处的直径，无螺纹部分的截面直径为螺杆的真实直径。
[0020]采用上述方案，螺栓中心尤其是螺栓中心的螺纹部位是断裂失效最容易发生的位置。将梁单元的截面按照有螺纹和无螺纹部分做两段区分可以更加提高模拟精度。
[0021]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，在螺栓预载添加步骤中，根据螺栓与外部部件的实际材料属性，确定螺栓与外部部件之间的摩擦系数，并且将根据摩擦系数计算得到的安装力矩转化为轴向力施加于螺栓中心单元的每一个梁单元上。
[0022]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，在螺栓预载添加步骤中，在将轴向力施加于螺栓中心单元的每一个梁单元上之后，在实际计算工况开始前进行动态释放，将预载稳定的施加于螺栓模型上。
[0023]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，在螺栓模型与螺母模型的连接步骤中，通过刚性单元连接螺栓模型上部超出螺母模型上表面的节点与螺母模型最上表面的节点，以将螺栓模型与螺母模型刚性连接。
[0024]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，在螺栓模型与螺母模型的连接步骤中，通过将螺母模型上
表面的螺母壳单元做成第一刚体单元，螺栓模型上部超出螺母部分的螺栓壳单元做成第二刚体单元，将第一刚体单元和第二刚体单元进行刚性连接，以将螺栓模型与螺母模型刚性连接。
[0025]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，梁单元、螺栓壳单元、螺母壳单元和刚性单元的单元尺寸均满足条件：三维实体单元特征度不小于3.5mm，二维壳单元特征长度不小于3mm，一维单元特征长度则不能小于2mm。
[0026]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，螺栓模型建模步骤和螺母模型建模步骤中，给螺栓壳单元和螺母壳单元赋予MAT9号材料；并且给螺栓建模步骤中生成的梁单元赋予MAT100号材料。
[0027]根据本专利技术的另一具体实施方式，本专利技术的实施方式公开的一种用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：螺栓模型建模步骤：布点并使用梁单元建立螺栓中心单元，给所述螺栓中心单元外周设置螺栓壳单元，并给所述螺栓壳单元赋予材料参数；其中，所述螺栓中心单元与所述螺栓壳单元的节点一一对应，并且所述螺栓壳单元和所述螺栓中心单元的相应节点之间设置刚性连接；螺母模型建模步骤：建立螺母模型，并将所述螺母模型的外表面划分螺母壳单元；并且，给所述螺母壳单元赋予材料参数，给所述螺母模型的形心赋予螺母质量；螺栓模型与螺母模型的连接步骤：给所述螺栓壳单元与所述螺母壳单元的相应节点之间建立刚性连接；外部接触设置步骤：将所述螺栓壳单元和所述螺母壳单元添加到与外部部件的接触中，以使所述螺栓壳单元和所述螺母壳单元与外部部件模型接触；螺栓预载添加步骤：给所述螺栓建模步骤中生成的每一个所述梁单元上设置预载；螺栓失效准则设置步骤：给所述螺栓建模步骤中的所述梁单元赋予材料参数，给所述材料参数添加对应失效力与失效力矩限值。2.根据权利要求1所述的用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，其特征在于，在所述螺栓建模步骤中，分别在螺栓头平面与螺杆头平面的两个圆心布点，使用至少一个所述梁单元连接所述两个圆心并建立所述螺栓中心单元，给所述螺栓中心单元的外表面设置一层螺栓壳单元，将所述螺栓壳单元的每一个节点与所述螺栓中心单元的对应节点以刚性单元连接；其中所述螺栓中心单元按照截面直径分别定义为螺纹部分和无螺纹部分；并且所述螺纹部分的截面直径为螺纹牙底处的直径，所述无螺纹部分的截面直径为螺杆的真实直径。3.根据权利要求2所述的用于模拟螺栓碰撞断裂失效的有限元建模方法，其特征在于，在所述螺栓预载添加步骤中，根据螺栓与所述外部部件的实际材料属性，确定所述螺栓与所述外部部件之间的摩擦系数，并且将根据所述摩擦系数计算得到的安装力矩转化为轴向力施加于所述螺栓中心单元的每一个所述梁单元上。4.根据权利要求3所述的用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚军，安超群，黄晨晖，李楠，
申请(专利权)人：摩登汽车盐城有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。