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基于耐撞性的汽車(chē)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

2019-05-19 22:00:29·  來(lái)源：iCAETube  作者：江丙云  
　
為縮短設(shè)計(jì)周期，必不可少的減少后期設(shè)計(jì)變更。工程變更成本、可用數(shù)據(jù)、精確度、模擬次數(shù)與設(shè)計(jì)進(jìn)度之間的關(guān)系如下圖，如在概念設(shè)計(jì)上做得正確，則能夠減少問(wèn)題
為縮短設(shè)計(jì)周期，必不可少的減少后期設(shè)計(jì)變更。工程變更成本、可用數(shù)據(jù)、精確度、模擬次數(shù)與設(shè)計(jì)進(jìn)度之間的關(guān)系如下圖，如在概念設(shè)計(jì)上做得正確，則能夠減少問(wèn)題、成本和設(shè)計(jì)周期。
在概念設(shè)計(jì)的早期階段，擁有非常有限的數(shù)據(jù)，比如車(chē)輛類型、樣式、大小、重量，還有可能需選擇動(dòng)力總成和懸架的類型。因此，首先定義設(shè)計(jì)空間，并考慮如何在設(shè)計(jì)空間內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
對(duì)于碰撞，一旦汽車(chē)骨架結(jié)構(gòu)設(shè)置好，后續(xù)很難通過(guò)局部更改提高。因此，對(duì)車(chē)輛結(jié)構(gòu)的整體考慮至關(guān)重要。對(duì)于耐撞性，設(shè)計(jì)負(fù)載路徑的全局平衡至關(guān)重要，其是通過(guò)多個(gè)載荷工況（FMVSS, NCAP, EuroNCAP,ECE, IIHS）的負(fù)載組件(或骨架結(jié)構(gòu))架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。概念階段的耐撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)的有效途徑，因全局加載路徑遠(yuǎn)比局部加載路徑有效。概念設(shè)計(jì)需要快速計(jì)算并立即反饋給設(shè)計(jì)師。
因此，如何將復(fù)雜模型簡(jiǎn)化到更簡(jiǎn)單的模型中，集中質(zhì)量-彈簧法將被采用，其在有限元時(shí)代之前使用、至今仍被一些工程師使用，此方法 被用于了解碰撞性能，找到加載路徑，查看部件的變形順序，甚至被用來(lái)識(shí)別哪些部件影響了重要的碰撞響應(yīng)。然而, 集中質(zhì)量-彈簧法沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，因其需要物理測(cè)試或有限元分析獲得彈簧性能，精度不能夠滿足最終驗(yàn)證結(jié)構(gòu)。
質(zhì)量點(diǎn)表征剛性類零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器及結(jié)構(gòu)、客艙等，也可用網(wǎng)格剛體表示， 同時(shí)，質(zhì)量作為變形模型變化的節(jié)點(diǎn)。彈簧是大變形構(gòu)件，塑性變形是非線性的，利用這些變形能可以查看碰撞能量。Abaqus的Connector連接單元 對(duì) 復(fù)雜的彈簧行為進(jìn)行建模，并假設(shè)力-位移和彎矩角曲線與雙線曲線一樣簡(jiǎn)單。并能通過(guò)優(yōu)化工具Isihgt對(duì)Abaqus的輸入?yún)?shù)進(jìn)行更改，以改變彈簧特性。
下面是Mass-Spring模型的典型過(guò)程，該模型用于分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)的碰撞：從幾何中識(shí)別加載路徑，選擇連接點(diǎn)，然后創(chuàng)建質(zhì)量-彈簧模型，取出組件準(zhǔn)備測(cè)試或FE模型，通過(guò)有限元模擬或物理測(cè)試獲得構(gòu)件的彈簧特性。運(yùn)行模型并理解碰撞安全性能，利用這個(gè)循環(huán)，我們最終可能得到更好的設(shè)計(jì)。
Isight中設(shè)計(jì)變量可以是任何參數(shù)化的字符，比如每個(gè)分量的力/力矩比例、上下移動(dòng)部件的“剛度”、構(gòu)件的高度等。優(yōu)化目標(biāo)是使最大加速度最小化。
因此，Isight通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)變量，監(jiān)測(cè)加速度以及位移和回彈時(shí)間，確保優(yōu)化過(guò)程繼續(xù)，直到確保找到最優(yōu)值。
對(duì)于本例，假設(shè)所有主要的承載組件都具有矩形截面， 通過(guò)改變四個(gè)參數(shù)，總共設(shè)計(jì)了750個(gè)不同的截面幾何形狀。 如果收集更多的數(shù)據(jù)，RSM模型將具有更高的準(zhǔn)確性， 一旦有了RSM，就可以設(shè)計(jì)出更加合理的截面幾何形狀。
 
 
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