有限元分析在护栏研发过程中的应用

2017-01-23  by:CAE仿真在线  来源:互联网

随着我国公路交通的飞速发展,公路发生的交通事故越来越多。其中汽车与护栏碰撞占据很大比例,每年造成巨大的人员伤亡和财产损失,因此对于公路安全产品的开发也至关重要。但是众所周知,传统开发手段往往是建立在实际产品的基础上,不利于短周期开发,降低成本。为了减少试验次数,降低产品开发成本,缩短产品开发周期,提高产品设计质量,需要对产品进行快速、精准的评价分析,开发人员不再仅仅依靠以往积累的经验知识以及试验去估计。有限元是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度较高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

一、有限元方法简单介绍

在模拟中,主要使用hypermesh和lsdyna作为前处理软件和求解器。Hypermesh是世界领先的、功能强大的CAE前处理软件,由ALTIAR公司开发,目前在世界上的应用非常广泛。Hypermesh有限元网格前处理功能非常优秀,并且与众多CAE求解器有良好的接口。Lsdyna是一款功能强大的显示通用分析有限元程序,可以求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性问题。

二、模拟仿真的实现流程

1、Proe实体模型,对模型整体组装;

2、把模型导入hypermesh前处理,进行适当的模型简化,几何清理,属性、材料、载荷等其他前处理设置;

3、输出k文件,lsdyna中计算求解;

4、ls-prepost中后处理,输出其位移、应力、速度、加速度等变量结果;

5、整理分析结果。

三、部分产品的模拟情况

1、标准波形板护栏

2、导轨式可导向防撞垫

3、车尾防撞缓冲装置

4、蝶型板预应力活动护栏

5、高效能护栏

6、收费站广场活动护栏

7、双轨式蜂网可导向防撞垫

8、算盘转子护栏

9、转子护栏

四、部分产品模拟情况与实车碰撞的对比

1、旋转式护栏对比情况

五、阐述

综上所述,对于新开发产品,通过有限元分析方法,不仅能很好地指导了产品的开发过程,挖掘更多在开发过程中出现的bug,而且可以对产品在开发过程中不断进行优化,避免经费和时间的浪费。在模拟过程中,虽然对产品的某些弱关系进行了简化甚至忽略,只分析其主要因素,但其结果可以通过实车碰撞试验来验证和反向指导模拟不断提高精度。对于模拟过程和实车碰撞相比较:模拟过程主要在以下方面存在一些误差:

1、参数设定部分,车辆速度、碰撞角速度等严格按照规范要求设置,不存在误差,比较理想化,但在试验时会有一个合理误差范围存在。

2、实验车辆跟仿真用车辆虽然在重心位置,质量等方面一致,但质量分布并不完全一致,外形差别也比较大;

3、环境影响,空气阻力以及风载荷等的影响;

4、材料参数,在仿真过程中,材料都按照某些实验材料参数而设定,与实际材料会有一定的差异;

5、焊点、螺栓以及地面等方面,理想化设置,跟实际情况有所出入。但是整的来说,通过模拟手段,可以比较准确的预测,可以方便地实施参数化,快速化处理,对某些部分可以不断重复优化,以达到预期目标。在不断模拟过程中,通过11次的实车碰撞实验对比分析可以看出,模拟情况与实际情况在各个参数方面的异同。其仿真效果从实车碰撞视频与模拟视频对比显而易见,仿真精度从模拟实验报告和实车碰撞报告中对比分析可知,误差并不太大。所以,对于我们所有产品,先通过有限元方法,不断进行一遍又一遍的重复模拟,反复优化,再模拟,最后通过实车碰撞进行检验,唯一目的就是让我们每一款产品都能达到规范要求,提出最优化设计。

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