整车焊点失效预测的研究及应用

通过在CAE模型中对焊点添加失效判据,解决了汽车碰撞有限元模拟中难以准确预测焊点失效的问题。基于焊点力学性能试验获取的焊点失效参数建立焊点失效判据;通过多焊点部件的仿真与试验对比,验证了焊点失效判据的有效性。结果表明,添加焊点失效判据能反映真实的焊点受力和失效情况。在整车碰撞模型中进行焊点失效预测,并通过与实车碰撞结果的对比,表明该方法能准确预测出实车碰撞中的焊点失效情况,对整车碰撞安全设计具有指导意义。     

铝板自冲铆接接头性能影响因素与失效模式研究

以铝板自冲铆接接头为研究对象,全面考虑板材厚度、铆接顺序、铆钉长度、铆钉直径和烘烤硬化影响因素,设计正交试验,并获得拉剪工况下的失效载荷和失效模式。首先分析比对锁切量与失效载荷,发现锁切量对铆点的失效载荷起到决定性作用,锁切量越大,失效载荷越大,随后以此为基础,全面解释了各影响因素对铆钉性能的影响,包括：锁切量一定时,失效载荷并不会随着下板厚度增加或铆钉长度的增加而变大;薄板与厚板铆接可以获得更大的失效载荷;可选择较大直径的铆钉,以获得更大的失效载荷;烘烤硬化对铆点的失效载荷无影响等,最后分析实际获得的多种接头失效模式,发现当2种存在明显厚度差别的铝板铆接接头拉剪失效时,失效均发生于薄板一侧,薄板与厚板间的强度和厚度差异对失效模式起了决定性作用,本研究对于铝覆盖件铆点设计、碰撞CAE仿真和实车碰撞后的铆点失效模式的预测具有较高的实用性。     

汽车动力总成悬置的碰撞失效模拟研究

汽车动力总成悬置在正面碰撞中对纵梁变形模式有着重要影响。为准确预测悬置的碰撞断裂失效行为,开展了铸铝材料的力学性能试验。基于Crach FEM韧性失效准则,建立带有失效准则的铸铝材料卡片,通过对悬置支架的落锤冲击试验和模拟对标,验证了铸铝材料卡片的准确性和悬置建模方法的可靠性。整车碰撞仿真结果表明,Crach FEM失效模型能准确模拟悬置断裂失效过程,使纵梁变形模式和车身加速度响应更贴合试验结果,提高汽车动力总成碰撞仿真的精度,为碰撞性能开发提供仿真评估手段。     

某车型后端低速碰撞性能分析及优化研究

本文通过对某车型建立低速碰撞CAE仿真模型,结合仿真结果和结构特点找出了影响低速碰撞性能的相关参数。针对这些影响参数,在现有布置结构的约束下,对方案进行优化,最终通过CAE仿真和实车试验共同验证了优化方案的可行性。该研究为改进低速碰撞性能和车辆后部结构设计提供了参考。     

基于试验标定的轿车碰撞焊点失效模拟方法研究

研究了在轿车有限元碰撞仿真中准确模拟焊点失效的方法。对点焊样件进行拉伸和剪切力学实验,建立了试验的一维焊点有限元模型和相应的失效模型,使用数值优化等方法,对焊点失效模型的参数进行了校核标定,使仿真中焊点的受力和失效后吸收的能量与试验的偏差最小。应用此方法在仿真中再现并解决了某次碰撞试验中出现的焊点开裂问题。提出了建立车身焊点失效参数数据库的设想。     

汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析

对于汽车制动后发生的碰撞工况，乘员前倾将会增加人体损伤风险。本文进行了汽车预碰撞制动下乘员离位影响及参数优化分析研究。通过实车制动试验得到车辆在不同制动工况下的乘员颈部前向位移量分布区间；建立了MADYMO主动人体仿真模型，采用变量分析法研究不同制动波形下乘员离位特征；运用正交设计方法进行滑台碰撞试验，得到乘员离位因子对乘员碰撞损伤影响；建立乘员响应面模型，采用中心复合试验设计（Central composite design）方法，研究了主动式安全带参数与乘员离位位移之间的相关性，通过优化设计，得到了最优参数组合。     

新能源汽车高压线束在机械外载下失效试验及仿真研究

随着新能源汽车的发展和普及，针对其电池系统碰撞安全研究的重要性日益凸显。高压线束作为新能源汽车高压电气系统的关键零件，研究其在碰撞工况下的电安全性能尤为重要。本文基于电池系统在碰撞工况下其高压线束可能遭受的典型挤压外载，选取直径15.8 mm的线束设计了D5柱面和V60楔面两种工况动静态挤压试验，试验过程中实时监测冲头与线束内部导体之间短路的发生，并对护套、绝缘层、导体3种组份材料进行拉伸、压缩等试验标定相应材料模型。通过线束结构试验和组份材料试验分别标定线束的单组份均质化模型和导体-等效绝缘层双组份模型。研究结果表明：线束在机械载荷下有很强的动态效应，动态下的力学响应升高。线束的短路行为与外载工况、加载速度高度相关。两种高压线束仿真模型利用单元删除来预测线束短路的仿真结果与试验结果基本一致，两种模型均可准确地预测线束在挤压工况下的短路风险。     

FFS法应用于汽车保险杠碰撞仿真分析研究

针对采用一般CAE分析技术判别汽车保险杠碰撞吸收能量性能精度较低的问题,首先通过某轿车前保险杠结构低速碰撞法规试验对其仿真模型进行了验证,之后采用快速精细仿真分析方法对上述试验进行了仿真模拟.试验结果和仿真结果对比表明,快速精细仿真分析方法可有效地提高汽车保险杠碰撞CAE仿真分析的精度.     

汽车碰撞安全与轻量化研发中的若干挑战性课题

汽车结构与动力电池的碰撞安全性是开发轻量化、电动化汽车的强制性要求和关键基础性支撑技术。通过3个方面的10个典型课题及研究结果,介绍并综述了汽车碰撞安全性研发的技术挑战。第一,采用夹层式汽车前舱罩盖技术,提升罩盖结构力学特性的横向均匀性以及冲击响应历程的均匀性,满足汽车吸能位移限定下的行人头部碰撞响应控制;采用精细人体有限元模型解析复杂工况下行人下肢损伤机理和影响参数,基于人体组织损伤层面的虚拟评估改进汽车结构的人体碰撞保护设计;面向复杂道路交通事故工况和多样化人体特征,解决强非线性条件下的自适应乘员智能保护系统优化设计难题,通过在时间和空间上对乘员约束载荷的均衡化实现针对工况可调的碰撞保护。第二,揭示材料冲击测试中系统共振导致信号振荡和材料屈服放大振荡的机理,开发抑制信号振荡的轻质动态力传感器;精细表征材料在碰撞载荷和复杂应力状态下的力学行为,针对高强钢、塑料、胶粘和焊点等轻质高强材料及复合连接接头建立大变形失效断裂预报方法及仿真模型。第三,基于动力电池多工况挤压试验,建立电池在外载荷作用下的材料失效、电压陡降与温度上升的响应特征关联性,提出用力学响应特征预测电池内部损伤起始和短路发生的判据,解决电池在机械滥用载荷下的短路预测问题,建立能准确预测电池变形响应的数值模型及碰撞安全评估方法,并应用于电池包和电动车的轻量化与碰撞安全性设计。     

商用车排气管支撑方式对排气系统可靠性的影响研究

采用CAE仿真分析技术和Hyper Works仿真分析软件,分析排气管吊架的约束模态和在综合工况下的米赛斯应力场,诊断了导致产品质量的原因。通过优化排气管吊架结构设计,提升了产品质量,找到了避免失效的设计方案,为产品开发提供了强大的技术支持。     

正碰工况中油箱冲击脱落问题研究

为解决某车型正面高速碰撞过程中燃油箱固定机构失效问题,应用SPH方法建立某车型燃油箱在64 km/h偏置碰撞工况中的仿真模型,再现油液对于油箱的冲击作用及燃油箱脱离过程。优化燃油箱安装固定机构方案,解决了油箱绑带的安装工艺难题。进行加速台车子系统试验验证,证明方案的可靠性。最后进行整车正面高速碰撞试验验证,解决了燃油箱在高速碰撞冲击下脱落的问题。     

正面25％偏置碰撞中车轮铰链失效的研究

在整车小偏置碰撞安全性能开发过程中,车轮作为主要承载构件,其与底盘连接铰链是否失效将影响车轮受力大小和变形模式,准确预测车轮铰链失效是碰撞安全性能前期开发的重要难点。针对该难点,本文中提出通过拉伸试验获取车轮与底盘连接铰链失效力并应用于仿真中,以准确模拟铰链失效的解决思路。首先,采用公开仿真模型,探究小偏置碰撞过程中车轮从车辆脱落对碰撞结果影响,通过仿真与数值计算相结合方法,分析车轮连接铰链各方向峰值力与碰撞能量相关性,确定铰链失效力测量范围。再针对采用与公开模型同型前悬架系统的某车型,设计出拉伸试验装置,以获取车轮与底盘连接铰链失效力,并应用于该量产车型的正向开发。结果表明:考虑车轮与底盘连接铰链失效力的准确仿真模型,能极大提高小偏置碰撞仿真精度,从而保障整车正向安全性能的开发。     

侧面柱碰撞工况下安全气囊参数对乘员损伤的影响研究

为提高侧面柱碰撞工况下乘员的安全性,针对乘员在车速32 km/h侧面柱碰撞工况下的损伤进行了仿真分析。首先建立了侧面乘员约束系统模型并进行了可靠性验证,为改善侧面柱碰撞工况下安全气囊对乘员的保护效果,依据2021年版《C-NCAP管理规则》中侧面柱碰撞试验方法,搭建了车辆侧面柱碰撞规定结构运动（PSM）子结构模型,最后将试验与仿真结果进行对比,结果表明,合理的气囊形状、点火时刻及排气孔直径可有效提高乘员保护效果。     

基于误用工况试验的下摆臂载荷对标研究

为研究强度CAE分析工况与整车误用工况下的载荷关联性,本文选取前悬架系统中的核心部件下摆臂为研究对象,通过误用工况试验,采集摆臂球头销处的FX/FY载荷,并在摆臂关键受力位置的表面粘贴应变花采集应变数据。同时搭建前悬架系统的多体动力学模型,提取下摆臂的强度工况载荷,并建立下摆臂有限元模型,进行有限元分析得到关键位置的应变和应力结果。对比试验采集数据和CAE分析结果,得到仿真和试验结果差异较小,完成下摆臂的载荷对标过程,为前悬下摆臂及其它底盘零部件的误用工况试验载荷对标提供一定参考。     

基于频率响应法的后视镜振动光学稳定性优化

为了解决某项目后视镜光学稳定性试验中出现的失效问题,采用基于频率响应法的CAE方法模拟了光学稳定性试验。建立了频率响应分析流程,通过试验和仿真结果对比可知,采用频率响应分析得出的共振频率与位移响应差异较小,准确再现了失效问题,并提出了相应的改进方案。通过试验验证了分析方法的准确性和改进方案的有效性。     

基于CAE的密封圈失效分析及设计优化

文章针对某项目在制动系统开发过程中出现密封圈疲劳失效的问题,运用CAE仿真方法对疲劳失效的设计进行强度分析,再现了疲劳失效的位置。根据对CAE仿真结果的分析,优化改进密封圈槽的设计,改进后的设计通过台架疲劳试验验证,疲劳性能得到了明显提升。由此可见,建立可靠的CAE仿真分析模型可以有效降低产品开发过程中的盲目性,减少试验的数量,缩短产品的开发周期。     

基于耐撞性的车身焊点动态失效研究及应用

基于车身耐撞性,对车身焊点热影响区的受力状态进行了分析,得到了基于许用剪应力和拉应力的焊点失效准则;基于失效准则对焊点进行了剪切及拉伸动静态试验,拟合得到了焊点的动态失效模型;将焊点动态失效模型带入子系统模型进行参数对标,将对标数据代入整车碰撞模型中,和试验相比得到了更加相似的焊点失效模式,提高了碰撞仿真的精准度。     

电动汽车正面刮底工况设计及电池包防护优化分析

针对行业对电动汽车底部碰撞工况研究较少且无相关标准和法规的现状，结合电动汽车底部碰撞交通安全事故案例，设计了一种典型的正面刮底碰撞工况及其碰撞壁障，通过仿真分析与试验结果验证了该工况的合理性和碰撞壁障的可靠性。同时根据电池包在正面刮底工况中的损伤情况，提出了两种电动汽车电池包防护优化方案，降低了电动汽车电池包在正面刮底工况中的损伤。     

汽车金属材料断裂失效模型研究

随着CAE技术的发展,金属材料的断裂失效预测在汽车行业受到越来越多的重视,尤其是在整车碰撞等大变形情况下,高强度钢等金属材料的断裂失效模拟及预测显得尤为重要。文章以热成型钢B1500HS为研究对象,对比了显式动力学软件LS-DYNA中GISSMO及DIEC 2种失效模型,并通过一系列材料力学实验,获得了以上两种失效模型的相关参数。最终通过设计热成型B柱子系统试验对上述两种失效模型进行对比验证。结果表明,在本文案例中,DIEC失效模型可以更准确预测热成型钢的断裂失效行为。该研究可为CAE分析中高强钢等金属材料模型的选取及设置提供参考。     

驻车动态性能仿真分析

为准确快速地计算驻车动态挂入车速和驻车冲击载荷,提高驻车机构安全性,应用ADAMS和MATLAB/Simulink,分别建立驻车机构动力学仿真模型和包含驻车机构的整车传动系统仿真模型,基于ADAMS动态挂入车速的仿真结果和Simulink模型,仿真得到驻车冲击载荷,用以校核驻车机构在动态工况下的静强度和疲劳强度。整车动态工况试验完成后,驻车机构未失效,验证了方法的有效性。