一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法技术

本发明专利技术涉及有限元分析技术领域，公开一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法。该方法利用LS‑DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，不仅取消了夹层聚合物实体壳单元模拟，可规避碰撞仿真分析中实体单元畸变或负体积造成计算中止的问题，提升了仿真模型计算的稳定性，而且取消了多层网格接触连接，同时利用单层壳单元设置可明显减少仿真计算时间；另外，该方法所使用的参数均从样片级试验、部件级试验、整车级试验和仿真模拟中获得，不仅可实施性高，容易实现对不同汽车挡风玻璃的碰撞仿真模拟，而且可以准确地对行人撞击挡风玻璃的过程进行模拟，获得准确的HIC伤害值和伤害曲线，从而有利于指导汽车行人保护性能的开发。

A simulation method of windshield collision

【技术实现步骤摘要】
一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法
本专利技术涉及有限元分析
，尤其涉及一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法。
技术介绍
目前，汽车前部的挡风玻璃主要包括三层结构，三层结构分别为：外层玻璃、中间夹层聚合物和内层玻璃，中间夹层聚合物与内外两层玻璃之间浸润连接后形成一个整体。由于挡风玻璃的结构复杂性，所以挡风玻璃碰撞仿真模拟成为了汽车行人保护性能开发的难点。在现有技术中，对于挡风玻璃碰撞仿真一般采用壳-体-壳三层单元共节点模拟法、三层壳单元接触模拟法、一层壳单元和一层膜单元模拟法等。但是，这些仿真模拟方法都属于对玻璃和夹层聚合物分别建模，以共节点或接触方式进行连接，很难对挡风玻璃的碎裂失效进行准确的模拟，仿真结果与试验数据相差较大，从而不利于汽车行人保护性能的开发。因此，亟需一种新型的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其与现有技术相比，能够准确地对挡风玻璃的碎裂失效进行模拟，有利于汽车行人保护性能的开发。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，包括：S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。进一步地，在步骤S4之后，还包括：S5.优化挡风玻璃整车碰撞仿真模型：调整挡风玻璃整车碰撞仿真模型的网格尺寸，进行网格尺寸敏感度分析，并通过对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定优化的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型。进一步地，在步骤S1中，玻璃和夹层聚合物的材料特性参数包括：密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变。进一步地，步骤S2包括：S21.利用LS-DYNA软件，采用integrationRule(QR/IRID)定义挡风玻璃的积分点数量、积分点分布和积分点对应的层厚。进一步地，在步骤S21中，挡风玻璃的积分点数量定义为9层，其中，第1-4层定义为外侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm，第5层定义为夹层聚合物且厚度定义为0.8mm，第6-9层定义为内侧玻璃且每一层的厚度定义为0.5mm。进一步地，步骤S2还包括：S22.将步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数填写在LS-DYNA软件的MAT32号材料卡片中，并采用单层壳单元对玻璃和夹层聚合物的材料特性参数和积分点数量进行定义。进一步地，在步骤S3中，若挡风玻璃三点弯仿真分析获得的力-位移曲线与挡风玻璃三点弯试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为仿真结果与试验结果一致。进一步地，在步骤S3中，当仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。进一步地，在步骤S4中，挡风玻璃整车碰撞试验为成人头型挡风玻璃整车碰撞试验，若挡风玻璃整车碰撞仿真分析获得的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线之间的拟合度大于或等于90％，则认为挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。进一步地，在步骤S4中，当挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致时，在挡风玻璃材料卡片中调整的参数包括：玻璃的屈服应力、玻璃的塑性硬化模量、玻璃的失效塑性应变、夹层聚合物的屈服应力、夹层聚合物的塑性硬化模量和/或夹层聚合物的失效塑性应变。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，不仅取消了夹层聚合物实体壳单元模拟，可规避碰撞仿真分析中实体单元畸变或负体积造成计算中止的问题，极大的提升了仿真模型计算的稳定性，而且取消了多层网格接触连接，同时利用单层壳单元设置可明显减少仿真计算时间；另外，本方法所使用的参数均从样片级试验、部件级试验、整车级试验和仿真模拟中获得，不仅可实施性高，通过调整少量参数即可实现对不同汽车挡风玻璃的碰撞仿真模拟，而且可以准确地对行人撞击挡风玻璃的过程进行模拟，获得准确的HIC伤害值和伤害曲线，从而有利于指导汽车行人保护性能的开发。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本实施例提供一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，包括：S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，包括：/nS1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；/nS2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；/nS3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；/nS4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，包括：
S1.样片级材料试验：制作玻璃拉伸试样和夹层聚合物拉伸试样，并通过拉伸试验，分别获得玻璃和夹层聚合物的材料特性参数；
S2.建立挡风玻璃材料卡片：根据步骤S1获得的玻璃和夹层聚合物的材料特性参数，利用LS-DYNA软件中的MAT32号材料卡片，采用单层壳单元对挡风玻璃进行定义，建立挡风玻璃材料卡片，并将挡风玻璃材料卡片中的参数作为挡风玻璃仿真分析的初始参数；
S3.部件级试验标定：开展挡风玻璃的三点弯试验和仿真分析，若仿真结果与试验结果一致，则完成部件级标定获得挡风玻璃仿真模型并进行步骤S4；若仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至仿真结果与试验结果一致；
S4.整车级试验标定：开展挡风玻璃整车碰撞试验，将步骤S3完成标定的挡风玻璃仿真模型导入到挡风玻璃整车碰撞仿真模型中开展仿真分析，若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致，则完成整车级标定获得挡风玻璃整车碰撞仿真模型；若挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果不一致，则调整挡风玻璃材料卡片中的参数，直至挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果一致。


2.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括：
S5.优化挡风玻璃整车碰撞仿真模型：调整挡风玻璃整车碰撞仿真模型的网格尺寸，进行网格尺寸敏感度分析，并通过对比挡风玻璃整车碰撞仿真结果与试验结果中挡风玻璃裂纹扩展的范围及走向，确定优化的网格尺寸，并获得最终的挡风玻璃整车碰撞仿真模型。


3.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，玻璃和夹层聚合物的材料特性参数包括：密度、杨氏模量、泊松比、屈服应力、塑性硬化模量和/或失效塑性应变。


4.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃碰撞仿真模拟方法，其特征在于，步骤S2包括：
S21.利用LS-DYNA软件，采用integrationRule(QR/IRID)定义挡风玻璃的积分点数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱学武，崔书圣，曹正林，娄方明，王士彬，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22