冲击解析精度验证:油底壳 动态结构解析

Summary

  • 我们通过拓扑优化对重量比原来的金属制油底壳减少了60%的树脂制油底壳的性能进行了评估。
  • 由于油底壳位于车身下部,容易产生飞石冲击,因此我们通过假设出现冲击实验和解析对油底壳的强度进行评估。
  • 我们用模拟飞石的金属撞块以80km/h的速度与树脂制油底壳撞击并用高速摄像机对该测试进行了拍摄。以相同条件进行仿真后,重现高精度仿真。

解析的背景

减轻汽车的重量会直接提高燃油的效率,因此对于减少CO2排放量非常重要。
我们通过拓扑优化对重量比原来的金属制零件减少了60%的树脂制油底壳的性能进行了评估。
油底壳位于车身下部,容易发生因被前车抛出的飞石撞击等原因而破损的飞石冲击现象。
我们对假设发生剥落的实验和解析实际进行了比较。

图1 油底壳

目的

对油底壳的实测值和解析值进行比较

内容

在LS DYNA(Livermore Software Technology公司)进行了冲击解析。
我们用金属撞块模拟被抛出的石子并让它以80km/h的速度与树脂制油底壳碰撞进行测试,然后将该测试的仿真与用高速相机拍摄的实际测试情景进行了比较。
在冲击解析中,如何正确设置固定模型的约束条件非常重要。
由于油底壳是用螺栓固定在法兰周围的,因此在解析中将螺栓孔完全约束(图 2)。

图2 约束条件

结果

比较图3的视频后,解析重现与实验一致的情景。
即使应用于非测试样品的实际产品,也能够做出高精度的预测。
使用了在流动解析示例中介绍的高精度翘曲变形后的模型也是能够进行高精度预测的原因之一。

图3 冲击解析(上)及冲击测试(下)的比较

补充(材料模型)

在本解析中,使用LEONATM(雷鸥娜)14G33 (PA66, GF33%) 作为材料。
LEONATM (雷鸥娜)14G33属于热塑性树脂(分子链在加热时会流动和软化)中的结晶性树脂。
结晶性树脂从熔融状态缓慢冷却形成球晶,在球晶中,分子链折叠后形成的约10nm的层状结晶部分和分子链随机卷曲后形成的非晶质部分相混合。
在结晶性树脂的变形过程中,随着变形的进行,我们观察到了一种被称为裂纹的树脂特有的微观损伤。
在进行冲击解析时,以树脂材料作为对象的材料模型很少,所以有时就使用以金属材料为对象的材料模型进行仿真。
因此,本公司开发了一种新的独有材料模型,以应对这种树脂材料特有的裂纹(图 4)。

图4 微观损伤模型


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