蜂窩鋁結構高精度仿真開發技術
時間：2024-04-02
蜂窩鋁結構廣泛應用于汽車、航空航天與軌道交通等領域。在汽車行業中，蜂窩鋁結構多應用于車輛碰撞壁障設計，通過改變蜂窩鋁結構設計參數反映車體不同區域的力學特性。在整車前期設計階段，通常采用虛擬仿真的方式進行整車碰撞性能預測。其中，仿真中使用的有限元蜂窩鋁壁障的精度和復雜程度，直接關系到碰撞仿真結果的準確性和計算效率。為解決蜂窩鋁局部失效與整體變形難模擬的問題，工程院安全開發部研發團隊通過蜂窩鋁結構的合理CAE等效，材料級、零部件級的靜、動態試驗研究，對蜂窩鋁薄壁力學性能、撕裂效應等進行精準標定，搭建了完善的蜂窩鋁結構仿真開發體系。
由于蜂窩鋁孔徑結構尺寸較小，蜂窩鋁孔數量較多，為兼顧仿真精度與計算效率，對蜂窩孔徑進行合理等效。通過研究蜂窩鋁結構的局部變形模式，確定蜂窩鋁孔徑結構的網格節點布置方式與尺寸,精確模擬蜂窩鋁孔徑的細節變形。對于實物蜂窩鋁結構存在粘膠連接方式，同樣進行合理的粘膠模擬。
準確的材料參數是高精度蜂窩鋁仿真開發的重要一環，為得到蜂窩鋁結構的力學性能卡片，對蜂窩鋁所用鋁箔進行不同缺口的料片試驗，得到應力應變參數曲線，結合不同缺口的失效數據，得到基于GISSMO失效的應力應變三軸度曲線，初步完成材料失效模型的開發。
由于加工工藝及孔洞空氣壓縮效應直接影響蜂窩鋁力學性能，需設計實物蜂窩鋁單體不同受力狀態的沖擊試驗，得到單體的力學特性曲線，將材料失效力學參數帶入到蜂窩鋁單體仿真模型中，通過失效力學參數的再調整，完成蜂窩鋁單體結構的模擬，得到高精度蜂窩鋁單體仿真模型。
蜂窩鋁整體結構通常由不同性能的單體與連接板通過粘膠、鉚接等方式組合而成，在蜂窩鋁單體精確模擬的基礎上，還需對連接板、粘膠等進行精準建模，建立蜂窩鋁整體結構的CAE模型。為提高蜂窩鋁模型的精度，可設計不同受力形式的壓縮試驗，進行多重工況分析驗證,通過調整結構參數、連接模擬方法與失效參數等方式，將蜂窩鋁的仿真力學表現與實物力學特性進行匹配，完成蜂窩鋁的仿真開發。
工程院安全開發部目前在蜂窩鋁結構仿真開發領域積累了豐富的經驗，在關鍵開發技術上，形成了蜂窩鋁撕裂的精準化模擬方法，已獲得《一種蜂窩鋁材料失效力學參數確定方法及系統》的發明專利授權，圍繞蜂窩鋁仿真開發的數個發明專利亦在申報中。在蜂窩鋁仿真開發流程方面，綜合仿真開發與試驗驗證，制定了科學完善的蜂窩鋁高精度仿真開發體系。
目前，基于已形成的蜂窩鋁結構仿真開發技術體系，已延申開發了涵蓋MPDB、AE-MDB、ODB等主要壁障模型的蜂窩鋁有限元壁障產品庫，后續將圍繞實際應用，持續開發更多系列的蜂窩鋁有限元產品。
在整車碰撞測試更符合中國國情的背景下，符合中國道路車輛特征與交通事故形態的壁障開發是汽車安全重要的發展方向。中汽中心工程院安全開發部充分發揮在汽車安全方面的引領作用,立足于汽車領域，建立高精度蜂窩鋁仿真開發體系，積極尋求航空航天、軌道交通等領域的合作，持續為客戶提供優質服務！
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