【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料力学技术与计算机辅助工程领域，具体涉及一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法。
技术介绍
1、近年来，伴随着新能源汽车的快速发展和市场渗透率的爆发式增长，关于新能源汽车的安全事故也越来越引人关注，交通事故形式和事故中人员伤亡情况也在发生着显著变化。针对这些问题，c-ncap法规在2018年增加了行人保护性能评价项，c-ncap 2021版新增了针对新能源汽车的侧面柱碰来替代传统的可变形移动壁障侧面碰撞试验。c-ncap2024版对结构耐撞性提出了更高的要求，正面和侧面工况均进行了升级，开发难度进一步增大，同时中国保险汽车安全指数(c-iasi)测试评价体系引入25％小偏置碰撞评价项。这些碰撞试验中对车身结构吸能和增加车身刚度强度要求越来越高，很多主机厂在汽车结构设计中考虑在关键吸能部位填充泡沫金属来提高整车安全性能，对于主机厂而言，如何获得各种不同密度和性能的泡沫金属材料卡片用于车身性能仿真成为安全性能开发的重点和难点。
2、以往材料的仿真中，一般使用ls-dyna软件中的mat63号crushable_foam材料卡，但这个卡片仅考虑了泡沫金属压缩工况，无法准确判别泡沫金属材料所属零件在剪切应力状态下的变形和失效，而在实际应用中，泡沫金属材料往往处于同时包含压缩和剪切的复杂工况下，这就造成仿真中部件变形量、吸能量和失效模式与真实试验差异较大，无法获得可靠的仿真结果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的旨在提出一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的
2、本专利技术设置静态力学性能试验矩阵和动态力学性能试验矩阵。其中，静态力学性能试验矩阵包括静态拉伸、静态剪切、静态压缩；动态力学性能试验矩阵包括落锤平面冲击、落锤圆柱冲击、铝管复合轴向冲击、铝管复合三点弯冲击。
3、通过静态力学性能试验矩阵获取各试验工况的泡沫金属的基础力学性能参数和各种工况下的应力-应变曲线，将数据经过计算处理后输入到ls-dyna软件mat26号材料卡模型中建立初始材料卡片。通过动态力学性能试验矩阵获得各试验工况下的力-位移曲线，应用ls-dyna软件建立静态和动态各个试验工况的仿真对比模型，通过迭代计算直至仿真结果达到如下要求：(1)各个试验工况下仿真结果与试验结果输出的力-位移曲线拟合度高于90％；(2)仿真结果与试验结果泡沫金属的吸能量偏差低于5％；(3)仿真结果与试验结果泡沫金属失效形式和时刻的吻合；实现泡沫金属材料力学特性、吸能特性和失效模式的准确仿真，完成泡沫金属材料卡片标定。
4、本专利技术通过如下技术方案实现：
5、一种泡沫金属材料的力学性能标定方法，具体步骤如下：
6、第一步，筛选试验样品：
7、(1)压缩、剪切和动态试验的样品从泡沫金属坯料中切割边长为30mm至300mm的立方体或长方体样品，拉伸样品尺寸参考金属拉伸试验标准。
8、(2)通过称重测量样品质量，计算平均密度，排除密度偏差>5％的样品，保证每种工况满足密度偏差范围的样品不少于30个。
9、(3)使用微焦点ct统计每个泡沫金属样品的孔径大小和分布，合格的压缩和剪切试验泡沫金属样品要求其中不存在大于样品边长1/4的泡孔，且平均孔径小于样品边长的1/7。拉伸试验泡沫金属样品厚度要求不存在大于样品边长1/3的泡孔，且平均孔径小于样品边长的1/5，最终每种静态力学性能试验工况各筛选出泡沫金属样品6-12个，每种动态力学性能试验工况各筛选出泡沫金属样品15-28个。
10、第二步，泡沫金属样品试验：
11、(1)使用万能试验机进行静态力学性能试验，分别进行静态拉伸、静态剪切、静态压缩试验获得材料在各种设定工况下的应力-应变曲线和力-位移曲线，同时使用相机记录试验过程，为避免试验可能存在异常状况，每种工况至少进行3次试验。
12、(2)使用落锤试验机进行动态力学性能试验，落锤平面冲击试验，模拟在汽车正碰工况。落锤实验机的冲头质量保持不变，通过调整冲头设定的高度改变冲击能量和与泡沫金属接触时的冲击速度，设置不少于3组不同冲击能量的试验，为避免试验可能存在异常状况，每组试验至少进行5次试验，得到力-位移曲线并比较不同冲击速度下曲线的不同，同时使用高速摄像机记录试验过程，观察记录泡沫金属的失效模式和失效时刻。
13、(3)落锤圆柱冲击试验，使用与c-ncap 2024版中汽车侧面柱碰的碰撞刚性柱直径尺寸一致的圆柱形冲头。冲头的试验高度与落锤平面冲击设置相同，冲击能量范围为500j至15000j，为避免试验可能存在异常状况，设置不少于3组不同冲击能量的试验，每组试验至少进行5次试验，得到力-位移曲线并比较不同冲击速度下曲线的不同，同时使用高速摄像机记录试验过程，观察记录泡沫金属的失效模式和失效时刻。
14、(4)铝管复合轴向冲击试验和铝管复合三点弯冲击，泡沫金属与铝管之间不使用粘结剂。轴向冲击试验使用圆盘冲头，三点弯冲击试验使用半圆柱冲头。冲头质量保持不变，调整冲头设定的高度改变冲击能量和与泡沫金属接触时的冲击速度，设置5组不同冲击能量的试验，每组试验至少进行5次，得到力-位移曲线，同时使用高速摄像机记录试验过程。
15、第三步，建立仿真材料卡片和仿真模型：
16、(1)根据第二步得到的各种工况下的应力-应变曲线和基础力学性能参数，对所得到的数据进行选取和初步的计算处理输入到材料卡片模型中建立泡沫金属的初始材料仿真卡片；
17、其中，从试验结果中选择应力-应变曲线相近的3-6组，通过计算得到平均曲线作为输入数据。
18、材料卡片中所需的基础力学性能参数计算公式如下：
19、eaa＝eaau+β(e-eaau)
20、ebb＝ebbu+β(e-ebbu)
21、ecc＝eccu+β(e-eccu)
22、gab＝eabu+β(g-gabu)
23、gbc＝ebcu+β(g-gbcu)
24、gca＝ecau+β(g-gcau)
25、
26、eaa、ebb、ecc是三个轴向的完全压实状态下的弹性模量，eaau、ebbu、eccu是三个轴向的未压缩状态下的弹性模量，g是完全压实状态下的弹性剪切模量，gab、gbc、gca是三个轴向的完全压实状态下的弹性剪切模量，gabu、gbcu、gcau是三个轴向的未压缩状态下的弹性剪切模量，e是完全压实材料的杨氏模量，ν是压实材料的泊松比，β是参数，v是相对体积，vf是完全压实时的相对体积。
27、(2)根据各个试验工况建立cae仿真模型，包括：
28、网格划分：使用六面体或四面体网格划分泡沫金属仿真模型，为确保仿真结果的准确性，根据各个试验工况的样品尺寸和载荷作用方式，仿真分析软件等因素，各试验工况的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第三步中，从试验结果中选择应力-应变曲线相近的3-6组，通过计算得到应力-应变曲线的平均曲线作为输入数据。
4.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第三步所述的材料的基础力学性能参数包括密度、弹性模量、剪切模量、泊松比、完全压实的相对体积、各个轴向未压缩状态下的弹性模量和剪切模量。
5.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第四步所述的调整材料卡片中各条输入曲线是根据各试验工况下的试验结果和仿真结果的应力-应变曲线、材料卡片模型中应力迭代公式、应变率函数进行计算优化。
6.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第四步所述按照设定顺序对各个试验逐步进行仿真标
7.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第四步中按照落锤平面冲击、落锤圆柱冲击、铝管复合轴向冲击试验、铝管复合三点弯冲击的顺序标定失效参数，使仿真结果与试验结果的失效模式和失效时刻吻合。
...【技术特征摘要】
1.一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第三步中，从试验结果中选择应力-应变曲线相近的3-6组，通过计算得到应力-应变曲线的平均曲线作为输入数据。
4.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法，其特征在于，第三步所述的材料的基础力学性能参数包括密度、弹性模量、剪切模量、泊松比、完全压实的相对体积、各个轴向未压缩状态下的弹性模量和剪切模量。
5.根据权利要求2所述的一种泡沫金属材料的碰撞仿真力学性能的标定方法...
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