有限元分析在護(hù)欄研發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用

2017-01-23  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著我國(guó)公路交通的飛速發(fā)展,公路發(fā)生的交通事故越來(lái)越多。其中汽車(chē)與護(hù)欄碰撞占據(jù)很大比例,每年造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,因此對(duì)于公路安全產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也至關(guān)重要。但是眾所周知,傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)手段往往是建立在實(shí)際產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,不利于短周期開(kāi)發(fā),降低成本。為了減少試驗(yàn)次數(shù),降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)分析,開(kāi)發(fā)人員不再僅僅依靠以往積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)以及試驗(yàn)去估計(jì)。有限元是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解,而有限元不僅計(jì)算精度較高,而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。

一、有限元方法簡(jiǎn)單介紹

在模擬中,主要使用hypermesh和lsdyna作為前處理軟件和求解器。Hypermesh是世界領(lǐng)先的、功能強(qiáng)大的CAE前處理軟件,由ALTIAR公司開(kāi)發(fā),目前在世界上的應(yīng)用非常廣泛。Hypermesh有限元網(wǎng)格前處理功能非常優(yōu)秀,并且與眾多CAE求解器有良好的接口。Lsdyna是一款功能強(qiáng)大的顯示通用分析有限元程序,可以求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性問(wèn)題。

二、模擬仿真的實(shí)現(xiàn)流程

1、Proe實(shí)體模型,對(duì)模型整體組裝;

2、把模型導(dǎo)入hypermesh前處理,進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃?jiǎn)化,幾何清理,屬性、材料、載荷等其他前處理設(shè)置;

3、輸出k文件,lsdyna中計(jì)算求解;

4、ls-prepost中后處理,輸出其位移、應(yīng)力、速度、加速度等變量結(jié)果;

5、整理分析結(jié)果。

三、部分產(chǎn)品的模擬情況

1、標(biāo)準(zhǔn)波形板護(hù)欄

2、導(dǎo)軌式可導(dǎo)向防撞墊

3、車(chē)尾防撞緩沖裝置

4、蝶型板預(yù)應(yīng)力活動(dòng)護(hù)欄

5、高效能護(hù)欄

6、收費(fèi)站廣場(chǎng)活動(dòng)護(hù)欄

7、雙軌式蜂網(wǎng)可導(dǎo)向防撞墊

8、算盤(pán)轉(zhuǎn)子護(hù)欄

9、轉(zhuǎn)子護(hù)欄

10、鋼屏障護(hù)欄

11、組合式加強(qiáng)型護(hù)欄

四、部分產(chǎn)品模擬情況與實(shí)車(chē)碰撞的對(duì)比

1、旋轉(zhuǎn)式護(hù)欄對(duì)比情況

2、預(yù)應(yīng)力護(hù)欄端頭碰撞對(duì)比情況

3、組合式加強(qiáng)型護(hù)欄對(duì)比情況

五、闡述

綜上所述,對(duì)于新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品,通過(guò)有限元分析方法,不僅能很好地指導(dǎo)了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程,挖掘更多在開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的bug,而且可以對(duì)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷進(jìn)行優(yōu)化,避免經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的浪費(fèi)。在模擬過(guò)程中,雖然對(duì)產(chǎn)品的某些弱關(guān)系進(jìn)行了簡(jiǎn)化甚至忽略,只分析其主要因素,但其結(jié)果可以通過(guò)實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證和反向指導(dǎo)模擬不斷提高精度。對(duì)于模擬過(guò)程和實(shí)車(chē)碰撞相比較:模擬過(guò)程主要在以下方面存在一些誤差:

1、參數(shù)設(shè)定部分,車(chē)輛速度、碰撞角速度等嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置,不存在誤差,比較理想化,但在試驗(yàn)時(shí)會(huì)有一個(gè)合理誤差范圍存在。

2、實(shí)驗(yàn)車(chē)輛跟仿真用車(chē)輛雖然在重心位置,質(zhì)量等方面一致,但質(zhì)量分布并不完全一致,外形差別也比較大;

3、環(huán)境影響,空氣阻力以及風(fēng)載荷等的影響;

4、材料參數(shù),在仿真過(guò)程中,材料都按照某些實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)而設(shè)定,與實(shí)際材料會(huì)有一定的差異;

5、焊點(diǎn)、螺栓以及地面等方面,理想化設(shè)置,跟實(shí)際情況有所出入。但是整的來(lái)說(shuō),通過(guò)模擬手段,可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),可以方便地實(shí)施參數(shù)化,快速化處理,對(duì)某些部分可以不斷重復(fù)優(yōu)化,以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在不斷模擬過(guò)程中,通過(guò)11次的實(shí)車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析可以看出,模擬情況與實(shí)際情況在各個(gè)參數(shù)方面的異同。其仿真效果從實(shí)車(chē)碰撞視頻與模擬視頻對(duì)比顯而易見(jiàn),仿真精度從模擬實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)車(chē)碰撞報(bào)告中對(duì)比分析可知,誤差并不太大。所以,對(duì)于我們所有產(chǎn)品,先通過(guò)有限元方法,不斷進(jìn)行一遍又一遍的重復(fù)模擬,反復(fù)優(yōu)化,再模擬,最后通過(guò)實(shí)車(chē)碰撞進(jìn)行檢驗(yàn),唯一目的就是讓我們每一款產(chǎn)品都能達(dá)到規(guī)范要求,提出最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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