基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法；包括：生成聚合物泡沫零件的光滑粒子法SPH粒子；赋予聚合物泡沫零件的SPH粒子材料及属性；聚合物泡沫零件的SPH粒子影响域搜索临近粒子；求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的速度与坐标；求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应变率及密度；求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应力；判断是否达到计算中止条件；输出计算结果；本发明专利技术克服了传统依赖网格的有限元法在大变形时由于网格畸变及负体积所导致的计算不稳定性，可以在中高速碰撞仿真中考虑聚合物泡沫零件的影响，进而提升汽车碰撞仿真精度；本发明专利技术可以基于原有的聚合物泡沫零件有限元法网格进行快速修改，转变为SPH计算模型，模型通用性高。模型通用性高。模型通用性高。

【技术实现步骤摘要】
基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法


[0001]本专利技术属于汽车被动安全仿真
，涉及一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法。

技术介绍

[0002]随着国内机动车保有量的飞速提升，交通事故率呈明显上升趋势，为了减小机动车对行人的碰撞伤害以及提升汽车维修经济性，车企在机动车上使用了大量的聚合物泡沫材料的吸能零部件。聚合物泡沫的刚度相对较小，碰撞过程中变形较大，这为碰撞仿真带来了不小的挑战。在传统的碰撞仿真中，聚合物泡沫材料零部件通常用有限单元法建模，将聚合物泡沫零部件划分为体网格，计算过程高度依赖所划分的网格，大变形带来的网格畸变负体积会影响仿真计算过程的稳定性，导致计算中止。现有的碰撞仿真方法，在中高速碰撞(碰撞速度＞10km/h)工况中，为提高计算稳定性通常不考虑聚合物泡沫零件的影响，制约了仿真精度的提升。
[0003]无网格法计算过程不依赖网格，在分析大变形问题时优于传统的基于网格的有限元法，无网格法的主要思想是：通过使用一系列任意分布的节点(粒子)来求解具有各种边界条件的积分方程或偏微分方程组，从而得到精确稳定的数值解，这些节点或粒子之间不需要网格进行连接。光滑粒子动力学(SPH)方法就是一种典型的无网格方法，通过对邻近粒子进行加权平均而得到稳定光滑近似性质。
[0004]现有的汽车碰撞仿真分析中对于聚合物泡沫材料零部件多采用基于网格的有限元法来进行模拟，将零部件划分为若干体单元网格，用网格节点的差商代替微商，将微分方程转化为代数方程求解，得到分析工况的数值解。对于中高速碰撞仿真，聚合物泡沫材料零部件变形往往很大，会导致网格畸变及负体积，影响有限元法的计算收敛，导致计算失败。光滑粒子法(SPH)是一种无网格方法，是将连续介质离散为一系列具有质量的粒子，通过核函数将方程离散。因为光滑粒子法不存在网格，不存在因为计算大变形引起的困难，可以用来仿真中高速碰撞中的聚合物泡沫材料零部件的变形及失效。
[0005]专利文献1(CN105975682A)中公开了一种在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，水马自身采用三维shell薄壳单元进行离散，并赋予可失效的高分子脆性材料；对内腔空间采用等间距的粒子完成水介质的填充，由于水马内腔是一个不规则体，生成是要保持粒子的初始光滑长度尽量一致，以防止后续个别粒子失速；粒子与shell单元之间采用点面接触，为保持接触的稳定性，应根据粒子的间隙进行一定的参数调整；水马个体完成后，引入车辆有限元模型，进行整车碰撞分析。
[0006]专利文献2(CN112149226A)中公开了一种一种基于局部无网格基本解法的车内噪声预测方法，包括以下步骤：首先，建立车腔的几何模型；其次，对所建立的几何模型进行布点，根据实际工况配置边界数据；然后，建立局部无网格基本解法数值模型，计算车内声压和声压级的分布；最后，输出车内声压和声压级的预测值，并对预测结果进行性能评估。
[0007]专利文献3(CN111753373A)中公开了一种汽车泡沫塑料材料的碰撞仿真模拟方
法，进行泡沫塑料材料样片级材料试验，以获得包括不同试验力状态下的试验力
‑
位移曲线及不同应力状态下材料的失效应变在内的材料数据；结合试验获得的材料数据，应用LS
‑
DYNA有限元分析软件，建立泡沫塑料的MAT*_083号材料卡和MAT*_ADD_EROSION材料卡，并确定材料卡需要标定的参数；建立材料试验仿真模型，开展包括非失效部分和失效部分在内的材料试验标定；开展泡沫塑料高速冲击试验，将标定后的材料卡代入泡沫塑料高速冲击仿真模型中，通过泡沫塑料试验标定，确认最终泡沫塑料高速冲击试验仿真模型。
[0008]论文文献4基于光滑粒子流体力学方法,在AVL PreonLab仿真软件中建立了某纯电动车空调进气格栅的水管理仿真模型,并结合淋雨试验,验证了仿真模型的精度,仿真分析和对比了优化前后空调进气格栅的水管理性能。结果发现,原始方案下空调进风口存在较大进水风险,雨水将漫过雨刮盖板上的挡水坝,通过空调进气格栅进入空调进风口；通过优化方案的仿真分析,验证了优化设计能够大幅改善进气格栅的水管理性能,对整车水管理的优化设计。
[0009]对于专利文献1公开的在汽车碰撞中采用SPH技术完成水马建模的方法，是将水马壁障里面的水用SPH方法进行建模，属于SPH传统的液态应用邻域，本专利技术的创新之处在于将SPH方法用于固态的汽车聚合物泡沫零件的碰撞仿真。
[0010]对于专利文献2公开的一种一种基于局部无网格基本解法的车内噪声预测方法，涉及汽车声学仿真邻域，是用无网格法仿真空气的声学特性，与本专利技术不属一个领域。
[0011]对于专利文献3公开的一种汽车泡沫塑料材料的碰撞仿真模拟方法，主要是用来建立汽车泡沫塑料材料的仿真材料卡，未涉及零件的碰撞无网格仿真方法。
[0012]对于论文文献4主要研究了基于SPH方法的汽车空调进气格栅进水风险仿真，属于SPH传统的液态应用邻域，本专利技术的创新之处在于将SPH方法用于固态的汽车聚合物泡沫零件的碰撞仿真。

技术实现思路

[0013]本专利技术的主要目的是为了解决汽车中高速碰撞仿真过程中，聚合物泡沫材料零部件大变形带来的有限元法网格畸变而产生计算中止问题，提供一种不依赖网格的，可以在中高速碰撞仿真中使用的聚合物泡沫零件仿真方法，具体涉及了一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法。
[0014]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0016]一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，包括以下步骤：
[0017]第一步，生成聚合物泡沫零件的光滑粒子法SPH粒子；
[0018]第二步，赋予聚合物泡沫零件的SPH粒子材料及属性；
[0019]第三步，聚合物泡沫零件的SPH粒子影响域搜索临近粒子；
[0020]第四步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的速度与坐标；
[0021]第五步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应变率及密度；
[0022]第六步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应力；
[0023]第七步，判断是否达到计算中止条件；
[0024]第八步，输出计算结果。
[0025]进一步地，所述生成聚合物泡沫零件的光滑粒子法SPH粒子，具体内容如下：
[0026]使用与有限元法相同的网格划分方法先对聚合物泡沫零件的几何数据划分网格，网格采用体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，生成聚合物泡沫零件的光滑粒子法SPH粒子；第二步，赋予聚合物泡沫零件的SPH粒子材料及属性；第三步，聚合物泡沫零件的SPH粒子影响域搜索临近粒子；第四步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的速度与坐标；第五步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应变率及密度；第六步，求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的应力；第七步，判断是否达到计算中止条件；第八步，输出计算结果。2.根据权利要求1所述的一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，其特征在于：所述生成聚合物泡沫零件的光滑粒子法SPH粒子，具体内容如下：使用与有限元法相同的网格划分方法先对聚合物泡沫零件的几何数据划分网格，网格采用体单元，体单元为四面体或六面体网格；在网格节点处建立SPH粒子；将原始网格删除，将几何数据离散为SPH粒子。3.根据权利要求1所述的一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，其特征在于：所述赋予聚合物泡沫零件的SPH粒子材料及属性，具体内容如下：SPH方法使用的泡沫材料卡，是基于SPH模型进行标定后的精度＞90.0％的状态；SPH粒子的光滑长度是粒子间的最小间距的最大值的1.05到1.3倍；计算过程中的光滑长度在0.2倍到2.0倍初始光滑长度之间；SPH粒子的状态方程选择Mie
‑
Gruneisen公式。4.根据权利要求1所述的一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，其特征在于：所述聚合物泡沫零件的SPH粒子影响域搜索临近粒子，具体内容如下：SPH方法每个粒子只与影响域内的临近粒子发生相互作用，临近域的半径取光滑长度的2倍，搜索每个粒子影响域中的临近粒子。5.根据权利要求1所述的一种基于光滑粒子法的汽车碰撞工况聚合物泡沫零件仿真方法，其特征在于：所述求解聚合物泡沫零件的SPH粒子的速度，具体内容如下：根据动量守恒准则计算出粒子的速度：其中，U
i
为粒子i的速度，t为时间，σ
i
为粒子i应力张量，m
i
，ρ
i
为粒子i的质量与密度，粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宙，芦强强，丁建鹏，王士彬，娄方明，
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：