一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，S1：纯粘胶力学性能测试与仿真参数标定,铆接力学性能测试及仿真参数标定,胶铆复合连接力学性能测试及仿真参数修正；S2：同种材料不同板材厚度组合铆接性能修正；S3：粘胶缺陷仿真模拟方法，整车结构胶铆复合连接碰撞工况仿真分析。本发明专利技术所述的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，与现有技术相比，本发明专利技术所提供的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，在整车结构应用中，并发明专利技术了粘胶缺陷模拟方法，可大大提高碰撞工况中胶铆仿真模型的精度，实现碰撞过程中胶铆复合连接结构变形的精准预测。

【技术实现步骤摘要】
一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法
本专利技术属于金属材料连接性能分析
，尤其是涉及一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法。
技术介绍
多材料混合车身中应用较多的是钢铝混合车身结构，其面临着钢铝、铝铝之间的连接问题，其中SPR(自冲铆)工艺应用广泛。由于钢铝连接对耐疲劳、防腐蚀和密封性等性能的需求较高，复合连接技术尤其是胶铆复合连接在钢铝混合车身中得到了广泛的应用。胶铆复合连接具有较好的连接性能，其在车身上的应用过能够大大提高车身的刚度性能，可有效的提升车身的轻量化设计水平。胶铆复合连接对碰撞性能的影响存在不确定性，在前舱溃缩吸能区域，胶铆的力学性能及失效参数对关键吸能结构的变形存在较大影响，如挤压铝纵梁，侧面上布置搭接板，搭接板与纵梁采取胶铆复合连接方式，胶铆复合连接会增大搭接区域的抗变形能力，影响纵梁压溃吸能；在侧面碰撞或侧面柱碰工况中，在一些特定的接头部位，如B柱与门槛、B柱与上边梁、座椅横梁与中通道等部位的接头，需要较高的强度承受碰撞的冲击，胶铆复合连接的力学性能及失效参数对整车侧面的耐撞性起着举足轻重的作用，精确的胶铆模拟方法能够帮助实现合理布置胶铆复合连接的位置、个数，实现碰撞性能的精准预测，保证轻量化的工作能够有效展开。现有胶铆复合连接技术大多关注与如何提高胶铆连接的静态强度、抗疲劳特性进行研究；或者将铆接有限元模型的铆钉进行精细建模，网格尺寸过小，在整车碰撞模型中应用时会造成计算效率急剧降低；在车型结构耐撞性开发中急需一种胶铆连接的数值模拟方法，可以对胶铆复合连接进行结构变形的预测，且不降低计算效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，以解决整车碰撞中胶铆复合连接建模精度不准、无法实现碰撞性能预测等问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：包括以下步骤：S1：纯粘胶力学性能测试与仿真参数标定，具体如下：S11：纯粘胶测试试样加工；S12：纯粘胶试样力学性能实验；S13：纯粘胶仿真模型搭建；S14：纯粘胶仿真模型力学性能、失效参数标定；S2：铆接力学性能测试及仿真参数标定。S21：铆接试样加工(剪切工况和十字拉伸工况)；S22：铆接力学性能测试(剪切工况和十字拉伸工况)；S23：铆接仿真模型搭建；S24：铆接力学性能、失效参数标定；S3：胶铆复合连接力学性能测试及仿真参数修正；S31：胶铆复合连接试样加工(剪切工况和十字拉伸工况)；S32：胶铆复合连接力学性能测试(剪切工况和十字拉伸工况)；S33：胶铆复合连接仿真模型搭建；S34：胶铆复合连接力学性能、失效参数修正；S4：同种材料不同板材厚度组合铆接性能修正。S41：铆接力学性能修正；S42：铆接失效参数修正；S5：粘胶缺陷仿真模拟方法。S6：整车结构胶铆复合连接碰撞工况仿真分析。进一步的，所述步骤S11中,实验工况包括剪切工况和十字拉伸工况；进一步的，所述步骤S14中，(1)粘胶采用实体6面体实体网格。(2)力学性能标定主要包括力上升阶段和峰值力。(3)失效参数标定主要指标为失效加载位移。进一步的，所述步骤S23中,(1)铆接仿真建模采用DYNA自带的CONSTRAINED_SPR2关键字。其法向载荷与切向载荷与铆钉位移之间具有如下关系：法向：切向：其中：分别指接头在拉伸和剪切工况下的最大法向载荷和最大切向载荷；分别指法向加载和切向加载过程中铆钉发生失效时的法向位移和切向位移；ηmax为无量纲值，用来表征接头的损伤程度。分别为拉伸工况、剪切工况下关于ηmax的无量纲函数，其表达式如下：ξn、ξt分别为描述接头在最大拉伸载荷和最大剪切载荷下接头的损伤程度。进一步的，所述步骤S24中，标定指标分为爬升阶段、力平台、断裂加载位移。进一步的，所述步骤S33中，1、粘胶面积区域建模。将粘胶区域分为三部分；第一部分：铆钉尺寸直径范围内不建立粘胶实体单元；第二部分：最外侧一环建立连续实体粘胶单元；第三部分：其余粘胶区域，按照总区域5％的缺陷率布置粘胶缺陷。胶网格尺寸控制在1mm左右。2、将S14标定的粘胶力学性能和失效参数作为粘胶的仿真输入参数。3、将S24标定的铆接力学性能参数作为铆接的仿真输入参数进一步的，所述步骤S34中，(1)针对粘胶的力学性能参数进行向上修正，修正范围在1.0～3.0之间；对失效位移参数进行向下修正，修正范围在0.2～1.0之间。(2)针对铆接的力学性能参数进行向下修正，修正范围在0.7～1.0之间；对铆钉的失效位移参数进行向下修正，修正的范围在0.7～1.0之间。进一步的，所述步骤S41中，铆钉力学性能修正：定义铆钉强度为FN；(1)测量基础板材厚度组合的底切量LHbase：(2)测量目标板材厚度组合的底切量LHtarget(3)对目标板材厚度组合铆接力学性能进行修正，基于以下经验公式：铆钉强度：FNtarget＝FNbaseαLHβT其中αLH为底切量对铆接力学性能的修正系数，βT为板厚修正系数。其中αLH计算步骤如下：底切量与铆接力学性能经验曲线如下：f(x)＝FNmax(C+Gln(1+FX))其中X为底切量所占底层板厚的比率，其取值范围为(0，1)，其计算公式为：其中LH为底切量；T2为下层板厚度；FNmax为X＝1时刻的铆接力学性能最大值；C为底切量为X＝1时刻的初始强度系数，可以根据工程经验进行修改；E、G为曲线修正系数，用于调整底切量曲线的斜率，需要满足以下约束：当X＝1时，C+Eln(1+G)＝1，底切量对铆接力学性能的修正系数公式αLH如下：若LHorigin＜0.05，则f(Xorigin)＝C上板、下板厚度对铆接力学性能修正经验公式如下：定义T1为上板厚度(铆钉头方向)，T2位下板厚度(铆钉腿方向)；其中βT的计算公式如下：进一步的，所述步骤S42中，铆钉失效参数修正：铆钉法向失效位移修正：其中η为修正系数，需要按照实际情况进行修正，其取值范围为(0.8～1.2)。铆钉切向失效位移修正：其中v为修正系数，需要按照实际情况进行修正，其取值范围为(0.8～1.2)。进一步的，所述步骤S5中，粘胶区域等效分为三大部分；第一部分：铆钉直径范围内不建立粘胶单元；第二部分：粘胶缺陷部分，主要由内向外分为三环，第一环为粘胶无缺陷区，第二环为粘胶缺陷较少区，粘胶缺陷率为20％，且根据实际情况进行调整；第三环为缺陷较多区，粘胶缺陷率约为30％～40％，且根据实际情本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：纯粘胶力学性能测试与仿真参数标定,铆接力学性能测试及仿真参数标定,胶铆复合连接力学性能测试及仿真参数修正；/nS2：同种材料不同板材厚度组合铆接性能修正；/nS3：粘胶缺陷仿真模拟方法，整车结构胶铆复合连接碰撞工况仿真分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：纯粘胶力学性能测试与仿真参数标定,铆接力学性能测试及仿真参数标定,胶铆复合连接力学性能测试及仿真参数修正；
S2：同种材料不同板材厚度组合铆接性能修正；
S3：粘胶缺陷仿真模拟方法，整车结构胶铆复合连接碰撞工况仿真分析。


2.根据权利要求1所述的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：所述S1为纯粘胶测试试样加工，纯粘胶试样力学性能实验；纯粘胶仿真模型搭建；纯粘胶仿真模型力学性能、失效参数标定；对铆接试样进行实验工况加工；对处理过铆接试样进行力学性能测试，铆接仿真模型搭建，铆接力学性能、失效参数标定；胶铆复合连接试样的实验工况进行加工，对加工完的胶铆复合连接进行力学性能测试，胶铆复合连接仿真模型搭建，胶铆复合连接力学性能、失效参数修正。


3.根据权利要求2所述的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：所述纯粘胶测试试样加工中试样粘胶面积应参考实车单个胶铆结构粘胶覆盖的范围，忽略铆钉区域的面积。


4.根据权利要求2所述的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：所述纯粘胶测试试样加工中的实验工况包括剪切工况和十字拉伸工况，制备一粘接样板，粘胶区域面积与实际整车粘胶的平均面积保持一致，粘胶板方式分为搭接和十字形式，针对粘胶板进行搭接拉伸、十字拉伸试验，获得试验力位移曲线，在纯粘胶仿真模型力学性能、失效参数标定中对胶粘区域进行实体网格建模，粘胶采用实体6面体实体网格，且设置初始的粘胶强度、粘胶失效参数，纯粘胶仿真模型力学性能、失效参数标定中力学性能标定主要包括力上升阶段和峰值力，失效参数标定主要指标为失效加载位移，参考实验工况进行粘胶力学性能模拟，与实验的力位移曲线进行对比，通过调整粘胶的弹性模量、强度参数、失效参数来进行仿真标定，得到与实验一致性较好的力位移曲线，铆接仿真模型搭建中的铆接仿真建模采用DYNA自带的CONSTRAINED_SPR2关键字，法向载荷与切向载荷与铆钉位移之间具有如下关系：
法向：切向：
其中：ftmax分别指接头在拉伸和剪切工况下的最大法向载荷和最大切向载荷；分别指法向加载和切向加载过程中铆钉发生失效时的法向位移和切向位移；ηmax为无量纲值，用来表征接头的损伤程度。分别为拉伸工况、剪切工况下关于ηmax的无量纲函数，其表达式如下：






ξn、ξt分别为描述接头在最大拉伸载荷和最大剪切载荷下接头的损伤程度；
铆接力学性能、失效参数标定中的标定指标分为爬升阶段、力平台、断裂加载位移。


5.根据权利要求2所述的一种胶铆复合连接碰撞工况仿真模拟方法，其特征在于：所述在胶铆复合连接仿真模型搭建中胶面积区域建模，将粘胶区域分为三部分，第一部分为铆钉尺寸直径范围内不建立粘胶实体单元，第二部分为最外侧一环建立连续实体粘胶单元；第三部分为其余粘胶区域，按照总区域5％的缺陷率布置粘胶缺陷，粘胶网格尺寸控制在0.8mm-1.2mm，将纯粘胶仿真模型标定的粘胶力学性能和失效参数作为粘胶的仿真输入参数，将铆接力学性能标定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪明，方锐，任鹏飞，高继东，李洪亮，李金柱，张赛，吴昊，黄亚烽，田杰斌，孟琦，梁铭丰，罗原，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心有限公司，中汽研天津汽车工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12