有限元分析在護欄研發(fā)過程中的應用

2017-01-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著我國公路交通的飛速發(fā)展,公路發(fā)生的交通事故越來越多。其中汽車與護欄碰撞占據(jù)很大比例,每年造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,因此對于公路安全產(chǎn)品的開發(fā)也至關重要。但是眾所周知,傳統(tǒng)開發(fā)手段往往是建立在實際產(chǎn)品的基礎上,不利于短周期開發(fā),降低成本。為了減少試驗次數(shù),降低產(chǎn)品開發(fā)成本,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高產(chǎn)品設計質(zhì)量,需要對產(chǎn)品進行快速、精準的評價分析,開發(fā)人員不再僅僅依靠以往積累的經(jīng)驗知識以及試驗去估計。有限元是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解,而有限元不僅計算精度較高,而且能適應各種復雜形狀,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是世界領先的、功能強大的CAE前處理軟件,由ALTIAR公司開發(fā),目前在世界上的應用非常廣泛。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、三維非線性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性問題。

二、模擬仿真的實現(xiàn)流程

1、Proe實體模型,對模型整體組裝;

2、把模型導入hypermesh前處理,進行適當?shù)哪Ｐ秃喕?幾何清理,屬性、材料、載荷等其他前處理設置;

3、輸出k文件,lsdyna中計算求解;

4、ls-prepost中后處理,輸出其位移、應力、速度、加速度等變量結果;

5、整理分析結果。

三、部分產(chǎn)品的模擬情況

1、標準波形板護欄

2、導軌式可導向防撞墊

3、車尾防撞緩沖裝置

4、蝶型板預應力活動護欄

5、高效能護欄

6、收費站廣場活動護欄

7、雙軌式蜂網(wǎng)可導向防撞墊

8、算盤轉子護欄

9、轉子護欄

10、鋼屏障護欄

11、組合式加強型護欄

有限元分析在護欄研發(fā)過程中的應用ansys仿真分析圖片15

四、部分產(chǎn)品模擬情況與實車碰撞的對比

1、旋轉式護欄對比情況

2、預應力護欄端頭碰撞對比情況

3、組合式加強型護欄對比情況

五、闡述

綜上所述,對于新開發(fā)產(chǎn)品,通過有限元分析方法,不僅能很好地指導了產(chǎn)品的開發(fā)過程,挖掘更多在開發(fā)過程中出現(xiàn)的bug,而且可以對產(chǎn)品在開發(fā)過程中不斷進行優(yōu)化,避免經(jīng)費和時間的浪費。在模擬過程中,雖然對產(chǎn)品的某些弱關系進行了簡化甚至忽略,只分析其主要因素,但其結果可以通過實車碰撞試驗來驗證和反向指導模擬不斷提高精度。對于模擬過程和實車碰撞相比較:模擬過程主要在以下方面存在一些誤差:

1、參數(shù)設定部分,車輛速度、碰撞角速度等嚴格按照規(guī)范要求設置,不存在誤差,比較理想化,但在試驗時會有一個合理誤差范圍存在。

2、實驗車輛跟仿真用車輛雖然在重心位置,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,空氣阻力以及風載荷等的影響;

4、材料參數(shù),在仿真過程中,材料都按照某些實驗材料參數(shù)而設定,與實際材料會有一定的差異;

5、焊點、螺栓以及地面等方面,理想化設置,跟實際情況有所出入。但是整的來說,通過模擬手段,可以比較準確的預測,可以方便地實施參數(shù)化,快速化處理,對某些部分可以不斷重復優(yōu)化,以達到預期目標。在不斷模擬過程中,通過11次的實車碰撞實驗對比分析可以看出,模擬情況與實際情況在各個參數(shù)方面的異同。其仿真效果從實車碰撞視頻與模擬視頻對比顯而易見,仿真精度從模擬實驗報告和實車碰撞報告中對比分析可知,誤差并不太大。所以,對于我們所有產(chǎn)品,先通過有限元方法,不斷進行一遍又一遍的重復模擬,反復優(yōu)化,再模擬,最后通過實車碰撞進行檢驗,唯一目的就是讓我們每一款產(chǎn)品都能達到規(guī)范要求,提出最優(yōu)化設計。

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