一种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车安全开发领域，具体涉及一种
铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法。
背景技术
[0002] 汽车出厂时会进行各部件的碰撞仿真模拟，例如基于CAE的
车身刚度分析、基于摩擦磨损CAE分析的磨具优化和后横梁在低速碰条件下的CAE模拟仿真分析等。
[0003]
现有技术中，后横梁通常采用常规6082铝合金制造，且吸能盒与后横梁采用铝焊来实现，在进行后横梁低速后碰分析时，在CAE仿真分析中技术人员直接以硬性点对点连接进行连接设置，但由于常规6082铝合金材料在5mm以下时通常延伸率仅有6％，因此常规6082铝合金材料在
力的作用下容易发生不可恢复的塑性形变，进而导致材料失效问题，现有技术中常规CAE进行后部低速碰分析时未考虑到铝合金后横梁的延伸率问题。这种情况下容易导致在试验阶段出现问题，同时在分析阶段也会出现误导。具体说明如下：
[0004] 如
附图1和图2所示，用刚性连接来连接后横梁及后吸能盒，在分析中会出现如附图3所示的单元网格失效问题，即靠近吸能盒内侧的
侧壁会由于刚性连接导致
应力集中，使得吸能盒内侧的侧壁发生塑性形变，从而出现铝合金材料延伸率超过6％的情况出现，导致铝合金材料失效。
[0005] 如图3和图4所示为后横梁低速后碰
变形后的实际情况，在整个后横梁本体没有出现大变形的情况时，网格失效会导致在CAE分析中的误判，影响试验结果，也会导致试验阶段重新进行优化验证及分析，不光增加工作量，同时又要增加各种
费用，包括人工、材料、试验费用等。
[0006] 本发明要解决的是避免铝合金后横梁在后部低速碰中出现误判现象，提出一种新的CAE分析方法。
发明内容
[0007] 本发明目的在于提供一种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法，解决铝合金后横梁在低速后碰过程出现误判的问题。
[0008] 为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1)建立铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析中吸能盒实体与后横梁实体的有限元模型；
[0010] 步骤2)定义吸能盒实体
焊接端面与后横梁实体表面沿焊接线焊接形成焊接部，吸能盒实体焊接端面与后横梁实体表面对应的部位为内部；定义吸能盒实
体模型中模拟吸能盒实体焊接端面的最外侧单元网格为第一单元网格，后横梁实体模型中模拟后横梁实体表面沿焊接线外部紧邻的第一列单元网格为第二单元网格；在第一单元网格和第二单元网格之间搭接设置沿焊接线方向的单元网格，所述单元网格用于模拟焊接部；
[0011] 步骤3)对单元网格增赋铝焊厚度，并设置吸能盒实体模型与后横梁实体模型的材料特性，包括材料的延伸率，可以通过材料特性本身的应力应变曲线或者通过失效来设置，避免材料由于未设置延伸率直接导致的单元网格失效形成结果误判。
[0012] 进一步的，所述单元网格设置在模拟焊接部的外表面或外侧，有利于仿真模拟的开展和实施，并且贴近吸能盒实体和后横梁实体的实际焊接情况。
[0013] 进一步的，本发明还提供两种在第一单元网格和第二单元网格之间搭接单元网格的方式；第一，在所述步骤2)中单元网格为斜排网格，所述斜排网格自第一单元网格远离焊接线侧的网格边搭接至第二单元网格远离焊接线侧的网格边，所述斜排网格分别与第一单元网格和第二单元网格共
节点连接；第二，在所述步骤2)中单元网格包括第三单元网格和第四单元网格；所述第三单元网格为第一单元网格沿焊接线方向增设的一列向第二单元网格一侧延伸的单元网格；所述第四单元网格为第二单元网格沿焊接线方向增设的一列向第一单元网格一侧延伸的单元网格；所述第三单元网格和第四单元网格靠近焊接线侧的网格边沿焊接线方向相互搭接。
[0014] 由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法获得了如下有益效果：
[0015] 1)本发明通过提供改变吸能盒与后横梁在刚性连接处的CAE仿真分析两种连接处理方式，一种是在刚性连接处增加两列网格，并增赋铝焊厚度；另一种是在刚性连接处增设斜排网格，并赋以铝焊厚度，能够避免在CAE阶段出现结果误判；现有的CAE分析中，会在吸能盒与后横梁焊接处发生误判，使得在汽车后横梁轻量化需求下导致选择的后横梁材料减薄，不再满足车身安全性能的要求，因此避免CAE误判合格的情况发生，有利于保障汽车安全性能。
[0016] 2)分析时考虑铝合金材料延伸率的设置，避免因设置有误而导致在错误的结果上进行继续判断而造成的结果误判，实现在CAE分析阶段中有效提供更为符合实际的分析结果，可以减少误判，减少试验阶段的反复优化，避免额外增加试验优化费用；且本发明设置简单，操作简便，无额外增加成本费用；本发明对低速前碰也同样有效，也适用于前横梁的低速碰撞CAE分析。
[0017] 应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
[0018] 结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、
实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0019] 附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
[0020] 图1为铝合金后横梁低速后碰实验图；
[0021] 图2为铝合金后横梁CAE仿真分析图；
[0022] 图3为铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析单元网格失效图；
[0023] 图4为图3中单元网格失效局部放大图；
[0024] 图5为现有技术铝合金后横梁CAE仿真分析中焊接处模拟图；
[0025] 图6为铝合金后横梁CAE仿真分析中焊接处第一优化图；
[0026] 图7为铝合金后横梁CAE仿真分析中焊接处第二优化图；
[0027] 图8为铝合金后横梁CAE仿真优化后分析图；
[0028] 其中，各部件的具体意义为：
[0029] 1-吸能盒，1.1-第一单元网格，2-后横梁，2.1-第二单元网格，3-斜排网格，4-第三网格单元，5-第四单元网格。
具体实施方式
[0030] 为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0031] 在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
[0032] 基于现有技术中，吸能盒1与后横梁2铝焊后进行低速后碰分析时，在CAE仿真分析中通常不考虑铝合金材料延伸率的设置，因此在后碰实验中一些小的变形就容易使得材料失效，并且在CAE仿真分析中出现单元网格失效现象；因此，为了使得CAE的仿真分析与实际碰撞过程更匹配，对吸能盒1与后横梁2低速后碰CAE仿真分析在刚性连接，即焊接部进行优化，达到减少仿真分析在预测过程出现误判的现象，进一步完善铝合金后横梁低速后碰CAE分析的有效性。
[0033] 下面对本发明的铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法做进一步具体介绍。
[0034] 一种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化方法，包括如下步骤：
[0035] 步骤1)建立铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析中吸能盒1实体与后横梁2实体的有限元模型；
[0036] 步骤2)定义吸能盒1实体焊接端面与后横梁2实体表面沿焊接线焊接形成焊接部，吸能盒1实体焊接端面与后横梁2实体表面对应的部位为内部；定义吸能盒1实体模型中模拟吸能盒1实体焊接端面的最外侧单元网格为第一单元网格1.1，后横梁2实体模型中模拟后横梁2实体表面沿焊接线外部紧邻的第一列单元网格为第二单元网格2.1；在第一单元网格1.1和第二单元2.1网格之间搭接设置沿焊接线方向的单元网格，所述单元网格用于模拟焊接部；
[0037] 步骤3)对单元网格增赋铝焊厚度，并设置吸能盒1实体模型与后横梁2实体模型的材料特性，包括材料的延伸率，一般在实际操作过程中，通过材料特性本身的应力应变曲线或者通过失效来设置，进而避免材料由于未设置延伸率直接导致的单元网格失效形成结果误判。
[0038] 并且，基于吸能盒1和后横梁2实际焊接操作，所述单元网格设置在吸能盒1实体模型和后横梁2实体模型模拟焊接部的外表面或者是在模拟焊接部的外侧，既方便CAE仿真操作过程的设置，有满足实体焊接情况。
[0039] 结合图1和图5所示，当摆锤冲击后横梁2时，如果按照图5的方式处理图2中的刚性连接
位置，即直接以第一单元网格1.1和第二单元网格2.1相互搭接形成吸能盒1实体与后横梁2实体中铝焊连接位置，这种情况下，不能体现焊接结构，即焊接部的的特性，焊接部具有厚度，因为焊接是需要外部增加材料进行焊接，并且在焊接部位会留有焊接的结构，即
焊缝；在实验结合具体实施过程发现，图5所示的处理方式将造成如图3和图4中在吸能盒1与后横梁2焊接处的单元网格失效模式，从而会导致在CAE分析中的误判，影响试验结果，使得试验阶段需要重新进行优化验证及分析，不光增加工作量，同时又要增加各种费用，包括人工、材料、试验费用等。
[0040] 本发明基于上述设计的仿真思路开发了两种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化的方法，下面结合附图和实施例所示，进一步说明本发明公开的两种铝合金后横梁低速后碰CAE仿真分析优化的方法。实施例1
[0041] 结合图6所示，在所述步骤2)中单元网格为斜排网格3，所述斜排网格3自第一单元网格1.1远离焊接线侧的网格边搭接至第二单元网格2.1远离焊接线侧的网格边，并对所述斜排网格3增赋铝焊厚度；所述斜排网格3本质是在第一单元网格1.1和第二单元网格2.1增加了一列沿焊接线方向的网格，并且这一列网格分别与第一单元网格1.1和第二单元网格2.1共节点连接，进而用于模拟相当焊接的作用，焊接的本质也是把两个
工件连成一个件。
通过该处理方式，当增加斜排网格3后，等于对吸能盒1模型与后横梁2模型与实体焊接部对应位置增加了类似焊接的效果，其本质是由于焊接需要增加焊接材料的，焊接后会留有焊接结构，焊接结构在焊接部起到增加结构强度的效果，因此可以避免出现如图3、4中的单元网格失效模式，从而能够为后横梁2有效满足低速碰撞分析提供技术支持，同时也能为后横梁2的轻量化提供合理CAE分析结果支持。
[0042] 实施例2
[0043] 结合图7所示，在所述步骤2)中单元网格包括第三单元网格4和第四单元网格5；所述第三单元网格4为第一单元网格1.1沿焊接线方向增设的一列向第二单元网格2.1一侧延伸的单元网格，所述第四单元网格5为第二单元网格2.1沿焊接线方向增设的一列向第一单元网格1.1一侧延伸的单元网格；所述第三单元网格4和第四单元网格5靠近焊接线侧的网格边沿焊接线方向相互搭接；通过该处理方式，即增加沿焊接线方向的第三单元网格和第四单元网格，也能达到实施例1中在吸能盒1模型与后横梁2模型与实体对应位置增加了类似焊接的焊接结构，达到模拟焊接部的技术效果，其本质也是基于焊接完成后会在整体结构上增加了焊接材料，焊接结构起到增加焊接部结构强度的效果，因此也可以避免出现如图3、4中的单元网格失效模式，从而能够为后横梁2有效满足低速碰撞分析提供技术支持，同时也能为后横梁2的轻量化提供合理CAE分析结果支持。
[0044] 进一步结合实施例，图8所示为实施例1或2中任一种优化分析方法得到的铝合金后横梁低速后碰的CAE仿真分析图；其中，在后横梁低速后碰实验中，在摆锤冲击情况下，后横梁2会在受摆锤力左右的部位发生折弯，其中在吸能盒1与后横梁2连接部位不发生较大形变，图8中只在后横梁2受力部位产生无效网格，表明后碰中，在后横梁受力部位最先达到铝合金材料的延伸极限，进而发生形变，与实际后横梁低速后碰实验相匹配，相较于现有技术，达到优化CAE仿真分析结果的目的。
[0045] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视
权利要求书所界定者为准。
