一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法技术

本发明专利技术涉及汽车虚拟性能技术领域，具体涉及一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，包括：S1试验获取不同类型球铰链的力学特性曲线；S2将力学特性曲线经过数据处理后输入球铰链虚拟网格模型中进行S1中试验工况仿真，将仿真结果与力学特性曲线进行对标验证；S3将进行了零部件验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证并输出失效结果，当失效结果在预设误差范围外时返回S2；S4失效结果在精度范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中仿真并与整车25％偏置试验结果进行对比，对比结果位于预设误差范围外时返回S3。本发明专利技术对于车辆在正面25％偏置碰撞工况下铰链失效进行预测，更好的指导悬架系统匹配安全性能设计。

【技术实现步骤摘要】
一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法
本专利技术涉及汽车虚拟性能
，具体涉及一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法。
技术介绍
中国保险汽车安全指数C-IASI从耐撞性与维修经济性指数、车内乘员安全指数、车外行人安全指数和车辆辅助安全指数四个方面进行测试评价，在车内乘员安全指数中包括正面25％偏置碰撞试验、侧面碰撞试验、车顶强度试验和座椅鞭打试验，其中正面25％偏置碰撞对车内乘员的安全具有重要意义。由于正面25％偏置碰撞刚性避障与车身偏置率较小，大多数车体纵梁前端无法参与有效变形吸能，导致碰撞能量无法有效耗散，撞击侧零件与连接件发生大量失效。由于而车身侵入量是作为耐撞性研发重要的考察指标，轮辋的偏转姿态与强度是影响上、下车体侵入量的显著因素，而轮辋通过螺栓连接着转向节，转向节通过球铰链分别连接着转向横拉杆、摆臂等底盘部件。因此底盘区域球铰链断裂与否控制着轮胎在碰撞过程中的偏转姿态，轮胎偏转姿态的不同，会导致碰撞载荷传递方式不一样，从而直接影响车体耐撞性评级。因此在车型开发过程中需要对球铰链失效做出预测。汽车前悬架系统部分转向节连接的球铰链包括与摆臂之间球铰链、与转向横拉杆之间球铰链以及横向稳定杆与横向稳定杆连接杆之间球铰链，球铰链的主要结构元件是球头、球头销和球头壳，球铰链在实际使用过程中，球头和球头销是一体成型的，球头壳内开设有球头壳容纳球头。碰撞过程中球头销在轴向上移动到球头壳上边缘的极限位置时，球铰链容易发生拉脱失效，球铰链因受力而摆动时，球头销摆动至任意位置并接触到球头壳的上边缘容易发生压脱失效。在LS-DYNA仿真环境中，现有仿真手段通常使用铰链关键字对底盘不同类型球铰链进行模拟，铰链关键字卡片提供了六个方向的失效载荷阈值模拟其断裂力学行为，但由于整车碰撞的数值仿真输出铰链载荷波动较大，幅值震荡易超出阈值边界，造成非真实的失效，因此现有仿真方法难以准确模拟铰链失效的力学行为。
技术实现思路
本专利技术意在提供一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，以解决现有仿真方法无法模拟压脱失效和拉脱失效的问题。本方案中的一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，包括以下步骤：步骤S1，使用拉脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次拉脱试验，使用压脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次压脱试验，获取多种球铰链在拉脱试验后的拉脱试验力学特性曲线，获取多种球铰链在压脱试验后的压脱试验力学特性曲线；步骤S2，获取多种球铰链三维模型，将球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线数据平均处理后输入给球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元，并对球铰链虚拟网格模型中球头部分进行热膨胀预紧处理，得到球铰链虚拟仿真模型，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤S1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证；步骤S3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S2；步骤S4，在步骤S3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，将整车虚拟模型仿真失效结果与整车25％偏置试验结果进行对比，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S3。本方案的有益效果是：针对每种球铰链类型分别进行多次拉脱试验和压脱试验，并在完成试验后进行平均化处理，避免由于单次试验结果偶然性带来的误差，并以拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线给球铰链网格模型中失效弹簧单元赋予不同自由度方向上刚度与失效特性，使得球铰链在三个自由度方向上具有真实的刚度，对球铰链虚拟网格模型中球头虚拟网格模型进行热膨胀预紧处理，使得球头部分不会在球头壳中窜动，保证球铰链载荷输出的平稳性；将赋予了力学特性的球铰链进行零部件的仿真验证后，再进行悬架子系统级验证，将悬架子系统级验证成功后的球铰链加入整车虚拟模型中进行正面25％偏置碰撞仿真，并将整车虚拟仿真模型的球铰链失效结果与实车试验球铰链失效结果进行对比，在对比结果的误差位于预设误差范围外时重新进行步骤S3。本方案将球铰链失效虚拟解决方案运用于车辆正面25％偏置碰撞仿真试验中，通过对铰链失效进行预测能够精确模拟车身耐撞性结果，更好的指导悬架系统匹配安全性能设计。进一步，所述步骤S2中，球铰链三维模型包括球头壳、球头和球头销，所述球头位于球头壳中，所述球头与球头销相互独立，在网格离散化处理时，先将球头壳、球头和球头销网格离散化处理得到球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型，并通过失效弹簧单元将独立的球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型连接起来，将步骤S1所述拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线经工程化处理后赋予失效弹簧单元材料卡片中。有益效果是：由于现有仿真中铰链结构的球头销虚拟网格模型都是使用铰链关键词进行模拟，使用单个失效载荷评判铰链是否发生失效，而数值仿真载荷的振动容易导致非真实的失效结果，因此无法较好预测球铰链冲击工况下的脱落，本方案基于真实球铰链失效模式试验结果，对球铰链中的各个部分进行了精细化建模，并以此建模后的模型进行仿真，不仅通过球头与球头壳之间的接触行为模拟了球头副功能，更能准确表现出球铰链在实际的冲击工况下的失效情况，提高仿真结果的准确性。进一步，所述步骤S2中，将球头虚拟网格模型赋予弹性材料，并通过LS-DYNA中关键字实现球头虚拟网格模型热膨胀从而达到与球头壳之间的预紧效果，预设时间后将弹性的球头材料转换成刚性材料，完成填充球头壳虚拟网格模型间隙预紧效果。有益效果是：由于在实际的球铰链中，球头与球头壳内壁间有塑料层结构以减少运动时的噪音，由于该塑料层结构的尺寸非常小，在仿真建模时非常困难，若不对该塑料层结构进行仿真建模，仿真会引起球头处的跳动，从而引起仿真结果与实际存在较大的误差。所以，本技术方案通过在预设时间内的材料转换和膨胀处理，克服了球头与球头壳之间的塑料层结构无法仿真建模的问题，防止仿真时球头的跳动引起仿真结果的误差。进一步，所述失效弹簧单元通过在LS-DYNA软件中Mat196号材料卡片中定义三个自由度方向的力学失效特性参数，失效特性参数来源于步骤S1的拉脱试验和压脱试验。有益效果是：从三个自由度方向给球铰链定义力学失效特性参数，让模拟的球铰链虚拟网格模型与小偏置碰撞中的球铰链真实失效模式保持一致。进一步，所述球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型的每部分通过预设需求定义模型几何属性和材料力学特性。有益效果是：通过给球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型赋予力学特性，保证球铰链仿真模拟能够达到真实的强度。进一步，所述力学特性的定义通过在LS-DYNA软件中Mat196号材料卡片输入处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的材料参数进行，从处理后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，使用拉脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次拉脱试验，使用压脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次压脱试验，获取多种球铰链在拉脱试验后的拉脱试验力学特性曲线，获取多种球铰链在压脱试验后的压脱试验力学特性曲线；/n步骤S2，获取多种球铰链三维模型，将球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线数据平均处理后输入给球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元，并对球铰链虚拟网格模型中球头部分进行热膨胀预紧处理，得到球铰链虚拟仿真模型，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤S1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证；/n步骤S3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S2；/n步骤S4，在步骤S3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，将整车虚拟模型仿真失效结果与整车25％偏置试验结果进行对比得到整车结果，整车结果对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S3。/n...

【技术特征摘要】
1.一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，使用拉脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次拉脱试验，使用压脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次压脱试验，获取多种球铰链在拉脱试验后的拉脱试验力学特性曲线，获取多种球铰链在压脱试验后的压脱试验力学特性曲线；
步骤S2，获取多种球铰链三维模型，将球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线数据平均处理后输入给球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元，并对球铰链虚拟网格模型中球头部分进行热膨胀预紧处理，得到球铰链虚拟仿真模型，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤S1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证；
步骤S3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S2；
步骤S4，在步骤S3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，将整车虚拟模型仿真失效结果与整车25％偏置试验结果进行对比得到整车结果，整车结果对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤S3。


2.根据权利要求1所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述步骤S2中，球铰链三维模型包括球头壳、球头和球头销，所述球头位于球头壳中，所述球头与球头销相互独立，在网格离散化处理时，先将球头壳、球头和球头销网格离散化处理得到球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型，并通过失效弹簧单元将独立的球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型连接起来，将步骤S1所述拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线经工程化处理后赋予失效弹簧单元材料卡片中。


3.根据权利要求2所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：何恩泽，秦高科，赵清江，郝海舟，张俊杰，史爱民，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50