ABAQUS碰撞分析案例保险杠撞击刚性墙.docx

碰撞分析案例：保险杠撞击刚性墙ABAQUS/Explicit显式非线性碰撞分析案例：保险杠撞击刚性墙案例关注重点：焊接和撞击有限元分析模型的定义案例背景随着科学技术的发展，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具。但当今由于交通事故造成的损失日益剧增，研究汽车的碰撞安全性能，提高其耐撞性成为各国汽车行业研究的重要课题。目前国内外许多着名大学、研究机构以及汽车生产厂商都在大力研究节省成本的汽车安全检测方法，而汽车碰撞理论以及模拟技术随之迅速发展，其中运用有限元方法来研究车辆碰撞模拟得到了相当的重视。而本案例就是取材于汽车碰撞模拟分析中的一个小案例保险杠撞击刚性墙。案例分析本案例的几何模型是通过导入己有的*IGS文件来生成的(已经通过专用CAD软件建好模型的)，共包括刚性墙(PART-wall)、保险杠(PART-bumper)、平板(PART-Plane)以及横梁(PART-rail)四个部件，该分析案例的关注要点就是主要吸能部件(保险杠)的变形模拟，即发生车体碰撞时其是否能够对车体有足够的保护能力？其是否能够将撞击瞬间的动能转化为内能吸收掉以保护驾驶等人员的安全？作者这里根据具体车体模型建立了保险杠撞击刚性墙的有限元分析模型，为了节省计算资源和时间成本这里也对保险杠的对称模型进行了简化，详细的撞击模型请参照图49所示，撞击时保险杠分析模型以20OOmm/s的速度撞击刚性墙，其中分析模型中的保险杠与平板之间、平板与横梁之间不定义接触，采用焊接进行连接，对于保险杠和刚性墙之间的接触采用接触对算法来定义。分析模型中各部件的材料参数：刚性墙的材料密度为7.83×10-9,弹性模量为2.07X105,泊松比为0.28；保险杠、平板以及横梁的材料密度为7.83×10-9,弹性模量为2.07X105,泊松比为0.28,塑性应力一应变数据表：2100.03000.03093140.04093250.053900.1514380.3015050.7015270.91本例单位制为：ton、mm、s。14.4.3案例求解1 .定义部件(Part)第一步启动ABAQUS/CAE,创建一个新的模型数据库，重命名为Thecrashsimulation,保存模型为Thecrashsimulation.caeo第二步通过导入已有的*.IGS文件来创建各个部件，在主菜单中执行【File?Import?Part命令，选择随书光盘中的bumper_asm.igs文件，弹出【CreatePartFromIGSFile对话框如图50所示，根据图50所示设定RepairOptions和Topology的相关选项，其它参数默认，单击【0k】按钮，可以看到在模型树中显示了导入的部件bumper_asn)o第三步从Module列表中选择Part,进入Part模块，通过鼠标左键选择模型树中模型Parts(1)下面的bumper_asm部件，并单击鼠标右键选择Copy命令，弹出PartCopy对话框如图51所示，在PartCopy对话框提示区中输入bumper,并在CopyOptions中选择Separatedisconnectedregionsintoparts选项，单击【0k】按钮完成导入几何模型四个部件的分离，这时我们可以看到模型树上模型Parts(1)下有五个部件，分别为bumper_asm、bumper、bumper_2、bumper_3、和bumper_4,选择bumper_asm部件单击鼠标右键并选择Delete命令删除此部件，此时模型Parts（1）下只剩下了四个部件，分别为bumper1、bumper2、bumper_3和bumper_4,将部件bumper1bumper2、bumper3和bumper4分别对应更名为wall（刚性墙）如图51所示、bumper（保险杠）如图52所示、plane（平板）如图53所示和rail（横梁）如图54所示。2 .定义材料属性（Property）第四步从Module列表中选择Property,进入Property模块，单击工具箱中（CreateMaterial）,弹出EditMaterial对话框，输入材料名称Material-Wa11,执行【General?Density,输入材料密度7.83E-9,执行【Mechanical?Elasticity?Elastic,输入弹性模量2.07E3,泊松比0.28,单击【0K】按钮，完成材料Material-wall的定义；继续创建另外一种材料，材料名称为Materialbumper-plane-rail（三种材料的参数数据是完全一样的），执行General?Density,输入材料密度7.83E-9,执行【Mechanical?Elasticity?Elastic,输入弹性模量2.07E3,泊松比0.28,执行【Mechanical?Plasticity?Plastic,输入如图55塑性数据，单击【0K】按钮，完成材料Material-bumper-plane-rai1的定义。第五步单击工具箱中（CreateSection）,弹出【CreateSection对话框，如图56所示，创建一个名称为Section-wall的均匀壳截面，单击【Continue】按钮，弹出EditSection对话框，如图57所示，在Shellthickness（壳厚度）文本框内输入1,材料使用Material-wall,为了提高运算效率我们选用默认的SimPSon积分算法，在壳体厚度方向上布置3个积分点，Section-wall的截面属性参数设置完成后如图57所示；按照上述方法继续创建另外三个截面属性，名称分别为：Section-bumper>Section-planesSection-rail,壳体厚度分别为1、2、3,材料使用Material-bumper-plane-rail,算法选用默认的Simpson积分算法，壳体厚度方向上布置3个积分点。单击工具箱中(ASSignSection),把截面属性Section-wallSection-bumperSection-plane以及Section-rail分别赋予部件wall>部件bumper、部件plane和部件railo3 .定义部件装配(Assembly)第六步从Module列表中选择Assembly,进入Assembly模块，单击提示区中(InstancePart),在弹出的【CreateInstance对话框中依次选中部件wall>部件bumper部件plane和部件rail,单击【0K】按钮，创建了各个部件的实例，其中各个实例已经按照默认位置装配完成，各个实例最终装配模型如图49所示。4 .定义网格划分(Mesh)第七步从Module列表中选择Mesh,进入MeSh模块，环境栏中Object选择Part：wall,单击工具箱中(SeedPart),弹出【GlobalSeeds对话框，输入Approximateglobalsize：30,其它参数设置选择默认，单击【0K】按钮，完成种子的设置；单击工具箱中(ASSignMeshControls),根据信息区提示选择整个部件Part-rigid-plane,单击【Done】按钮，弹出【MeshControls对话框，如图58所示，ElementShape栏中选择单元形状为Quad,Technique栏中选择Free,单击0K按钮；单击工具箱中(ASSignElementType),选择EXPIiCit、Linear>Shell,即选择四边形减缩壳体单元S4R；单击工具箱中(MeShPart),单击提示区【Yes按钮,完成部件WaIl的网格划分。第八步从环境栏中Object选择Part：bumper,单击工具箱中(SeedPart),弹出GlobalSeeds对话框，输入Approximateglobalsize：15,其它参数设置选择默认，单击【0K】按钮，完成种子的设置，执行【SeedEdge?Biased命令，用鼠标左键选择如图59所示左边的两条曲线，选择时鼠标尽量靠近图示箭头指向曲线的一半区域，单击信息提示区的【Done】按钮，在信息提示区输入Biasratio0=1)：2.0,回车，输入种子数为20,单击【Done】按钮；继续执行【SeedEdge?Biased命令，用鼠标左键选择如图59所示右边的四条曲线，注意箭头指向方向，单击信息提示区的1.Done按钮，在信息提示区输入Biasratio0=1)：3.0,回车，输入种子数为4,单击【Done】按钮完成种子设置。单击工具箱中(ASSignMeshControls),根据信息区提示选择整个部件bumper,单击【Done】按钮，弹出【MeshControls对话框，设置如图58所示，单击【0K】按钮。单击工具箱中(ASSignElementType),选择ExplicitsLinear>Shell,即选择四边形减缩壳体单元S4R；单击工具箱中(MeShPart),单击提示区【Yes】按钮，完成部件bumper的网格划分。第九步从环境栏中Object选择Part：plane,单击工具箱中(SeeClPart),弹出GlobalSeeds对话框，输入Approximateglobalsize：15,其它参数设置选择默认，单击【0K】按钮，完成种子的设置；单击工具箱中(ASSignMeshCOntrOIS),根据信息区提示选择整个部件Part-rigid-plane,单击【Done】按钮，弹出【MeshControls)对话框，设置如图58所示，单击【0K】按钮；单击工具箱中(ASSignElementType),选择EXPliCit、LinearShell,即选择四边形减缩壳体单元S4R；单击工具箱中(MeShPart),单击提示区【Yes】按钮，完成部件plane的网格划分，按照如同部件Plane网格划分参数的设定完成部件rail的网格划分。第十步从环境栏中Object选择Assembly,单击工具箱中(VerifyMesh),框选整个分析模型(包括四个部件)，单击提示区中【Done】按钮，弹出【VerifyMesh对话框，在Type栏中选择AnalysisChecks,单击【Highlight】按钮，可以统计整个分析模型各个实例的网格信息如下所示：Partinstance:bumper-1Numberofelements:1518,Analysiserrors:0(0%),Analysiswarnings:0(0%)Partinstance:plane-1Numberofelements:120,Analysiserrors:0(0%),Analysiswarnings:0(0%)Partinstance:rail-lNumberofelements:204,Analysiserrors:0(0%),Analysiswarnings:0(0%)Partinstance:wall-lNumberofelements:425,Analysiserrors:0(0%),Analysiswarnings:0(0%)通过分析模型的网格分析检查所知，各实例模型网格质量没有警告和错误信息。5 .定义接触(Interaction)第H步从Module列表中选择Interaction,进入InteraCtiOn模块，执行Interaction?Property?Create命令，或者单击工具箱中(CrCatCInteractionProperty),在弹出的CreateInteractionProperty对话框中输入接触属性名称IntProp-nofric,Ty