考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法技术

本发明专利技术属于汽车被动安全仿真技术领域，涉及一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法；包括铸造铝合金零部件分区，测定铸造铝合金零部件缺陷，建立无缺陷铸造铝合金材料卡片，计算铸造缺陷损伤值铸造缺陷损伤值与碰撞模型损伤变量的映射；所得的损伤值映射到碰撞仿真模型中；得的损伤值映射到碰撞仿真模型中；对于碰撞仿真模型中单元的损伤变量D，其与Dn的关系为本发明专利技术极大提升仿真模型计算准确性；保证了碰撞试验所用零部件与仿真模型的状态一致性；有效降低了带有缺陷的铸铝零部件建模复杂性。部件建模复杂性。部件建模复杂性。

【技术实现步骤摘要】
考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法


[0001]本专利技术属于汽车被动安全仿真
，涉及一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法。

技术介绍

[0002]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法规日趋严格，汽车轻量化越来越受到行业重视，铸造铝合金具有的高强度、低密度，可成型复杂截面零件的特点使其在汽车上尤其是汽车底盘上的应用越来越普遍。
[0003]目前铸铝材料大量应用于汽车副车架，转向节，减震塔等结构，在有效提升汽车轻量化水平的同时
[0004]为汽车安全仿真带来了新的问题。铸造的生产工艺决定了铸造铝合金零部件内部缺陷的不可避免性，缺陷的存在显著降低了铸造铝合金零部件的承载能力，使用传统均匀材料仿真方法很难准确模拟汽车碰撞过程中的铸造铝合金零部件的变形及断裂特性，因此开发一种考虑铸造缺陷影响损伤的汽车铸造铝合金碰撞仿真方法变得尤为重要。
[0005]铸造铝合金的成型工艺特点决定了其内部缺陷的不可避免性，尤其是对于副车架等大型铸件，温度场及材料流动的不均匀导致其内部的材料的不均匀性。在现有的仿真方法中，一般假定铸造铝合金件各部位材料力学特性均匀一致，不考虑铸造缺陷的影响，很难准确模拟铝合金铸件在碰撞过程中的变形与失效。
[0006]专利文献1(CN105352746A)中公开了一种汽车悬置断裂失效试验固件、系统及方法，涉及汽车悬置仿真及实验领域，尤其涉及一种汽车铸铝悬置断裂失效试验固件、系统及方法；包括固定汽车悬置的固定装置和与悬置连接的加载连接装置，所述固定装置与汽车悬置相连，所述加载连接装置与汽车悬置相连；悬置、断裂失效试验固件及系统进行的等效试验可测得悬置失效时的特性数据，用于模拟悬置在整车碰撞中的失效情况。
[0007]专利文献2(CN110909421A)中公开了一种汽车前保险杠横梁的一体化成型方法及前保险杠横梁。一体化成型方法包括载荷传递及目标性能分解，结构设计及仿真优化，精密铸造一体化成型，仿真及实验结合的性能分析。所述前保险杠横梁，采用精密铸造一体化成型技术将保险杠横梁本体、吸能盒、车身安装板、拖车钩螺母等多个零部件集成于一体。
[0008]专利文献3(CN102117358A)中公开了一种用于对铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的方法，提供了用于在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的具体情况中的一个或多个的情况下就零部件/系统耐用性分析对供应商/卖家的铸件中的铸件缺陷和微结构进行预测的系统。该系统还包括使用集成的孔生长和枝晶间流动模型。还提供了在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的具体情况的情况下对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的方法以及制造物件。
[0009]论文文献4中研究了汽车动力总成铸铝悬置的碰撞失效模拟，为准确预测悬置的碰撞断裂失效行为，开展了铸铝材料的力学性能试验。基于CrachFEM韧性失效准则，建立带
有失效准则的铸铝材料卡片，通过对悬置支架的落锤冲击试验和模拟对标，验证铸铝材料卡片的准确性和悬置建模方法的可靠性。
[0010]对于专利文献1公开的汽车悬置断裂失效试验固件、系统及方法，是将汽车悬置作为一个整体测试其断裂失效特性用于碰撞仿真，没有考虑具体零件铸造缺陷对碰撞仿真精度的影响。
[0011]对于专利文献2公开一种汽车前保险杠横梁的一体化成型方法及前保险杠横梁，主要涉及铸造铝合金零部件设计及成形领域，没有考虑具体零件铸造缺陷的对碰撞仿真精度的影响。
[0012]对于专利文献3公开一种用于对铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的方法，主要涉及铸造缺陷的仿真预测，未涉及铸造铝合金零部件碰撞仿真。
[0013]论文文献4研究了汽车动力总成铸铝悬置的碰撞失效模拟，所建模型认为铸铝件的材料性能是均匀的，未考虑铸造缺陷对碰撞仿真精度的影响。

技术实现思路

[0014]本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的仿真精度较低问题，提供了一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法。
[0015]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0016]为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0017]一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法，包括如下步骤：
[0018]第一步，铸造铝合金零部件分区
[0019]对于厚度小于10mm的薄壁件将零部件表面划分为若干平面区域；对于厚度大于10mm的厚壁件划分为若干空间区域，将每个区域分别编号；
[0020]第二步，测定铸造铝合金零部件缺陷
[0021]通过工业CT对铸造铝合金零部件进行探伤，建立缺陷的空间分布图，包含缺陷的位置及形状大小信息；
[0022]第三步，建立无缺陷铸造铝合金材料卡片
[0023]应用LS
‑
DYNA软件的MAT*_24+MAT*_ADD_EROSION关键字，结合试验获得材料数据，建立铸造铝合金材料卡，确定材料卡需要标定的参数；
[0024]第四步，计算铸造缺陷损伤值
[0025]所划分的区域的节点的损伤值dn
i
定义为
[0026][0027]其中：i表示划分的第N个区域；
[0028]d
i
表示的是前面所划分区域的损伤值，包括薄壁件的平面二维区域以及厚壁件的
空间三维区域；
[0029]m为该节点相邻的单元个数；
[0030]第五步，铸造缺陷损伤值与碰撞模型损伤变量的映射
[0031]通过以下插值公式将第四步所得的损伤值映射到碰撞仿真模型中；
[0032][0033][0034]其中：D
n
(s)为碰撞仿真模型中任意单元节点的损伤变量，p为经验参数，ω
i
表示形函数，、S
i
表示第i个节点的坐标；
[0035]D
n
(s)表明在公式中D
n
是s的函数；
[0036]对于碰撞仿真模型中单元的损伤变量D，其与D
n
的关系为
[0037][0038]j为组成该单元的节点个数。
[0039]进一步地，确定材料卡需要标定的参数包括MAT*_24号材料卡片的弹性模量、不同应变率的应力
‑
应变曲线、MAT*_ADD_EROSION关于断裂极限曲线、临界损伤值。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，铸造铝合金零部件分区对于厚度小于10mm的薄壁件将零部件表面划分为若干平面区域；对于厚度大于10mm的厚壁件划分为若干空间区域，将每个区域分别编号；第二步，测定铸造铝合金零部件缺陷通过工业CT对铸造铝合金零部件进行探伤，建立缺陷的空间分布图，包含缺陷的位置及形状大小信息；第三步，建立无缺陷铸造铝合金材料卡片应用LS
‑
DYNA软件的MAT*_24+MAT*_ADD_EROSION关键字，结合试验获得材料数据，建立铸造铝合金材料卡，确定材料卡需要标定的参数；第四步，计算铸造缺陷损伤值所划分的区域的节点的损伤值dn
i
定义为其中：i表示划分的第N个区域；d
i
表示的是前面所划分区域的损伤值，包括薄壁件的平面二维区域以及厚壁件的空间三维区域；m为该节点相邻的单元个数；第五步，铸造缺陷损伤值与碰撞模型损伤变量的映射通过以下插值公式将第四步所得的损伤值映射到碰撞仿真模型中；通过以下插值公式将第四步所得的损伤值映射到碰撞仿真模型中；其中：D
n
(s)为碰撞仿真模型中任意单元节点的损伤变量，p为经验参数，ω
i
表示形函数，、s
i
表示第i个节点的坐标；D
n
(s)表明在公式中D
n
是s的函数；对于碰撞仿真模型中单元的损伤变量D，其与D
n
的关系为j为组成该单元的节点个数。2.根据权利要求1所述的一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法，其特征在于：确定材料卡需要标定的参数包括MAT*_24号材料卡片的弹性模量、不同应变率的应力
‑
应变曲线、MAT*_ADD_EROSION关于断裂极限曲线、临界损伤值。3.根据权利要求2所述的一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿真方法，其特征在于：
对材料卡需要标定的参数进行调整，材料试验的标定分为两个部分，第一部分是非失效部分的标定；第二部分是材料失效损伤部分的标定。4.根据权利要求3所述的一种考虑铸造缺陷损伤的汽车铸造铝合金零件碰撞仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦强强，王士彬，朱学武，刘国军，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：