1、奇瑞汽车开启件碰撞建模指南V 编号： 版本： 0.0 密级： 秘密 开启件碰撞建模指南编制/日期： 唐正强 校对/日期： 审核/日期： 批准/日期： 奇瑞汽车工程研究院整车安全部2007年04月20日1 前言开启件，英文称closure，与白车身组成一个刚性的封闭结构，特别是车门，能够同时承受纵、横两个方向的撞击载荷。因此开启件建模质量也非常重要。开启件碰撞建模也是建模中的一个难点，了解开启件的运动方式、各部件之间的焊接工艺以及连接方式对于建模工程师完成精确的模型是必不可少的。本指南是在奇瑞汽车碰撞分析通用指南的基础上，规范了开启件碰撞建模的一般要求和准则，对汽车开启件碰撞建模作了具体、详尽的
2、描述。建模以HyperMesh为前处理软件。2几何结构描述开启件通过铰链和白车身连接，共同组成的一个封闭的刚性空间结构，在发生碰撞过程中避免乘员被甩出车外而受重伤或死亡的危险。另外，开启件还包括一些特殊功能的部件，如一些胶材料部件等，但是这些部件在碰撞分析中不是很重要，在碰撞建模中可以省去。开启件一般包括发动机盖、车门和行李箱盖（图2.1）。开启件结构的主要子系统见表2.1。 图2.1 开启件结构结构图 表2.1开启件子系统名称序号中文名称英文缩写CAD编号 1发动机盖hoodXXX-8402XXX2前门frt drXXX-6101XXX3后门rr drXXX-6201XXX4行李箱盖hatc
3、hbackXXX-6301XXX3 数据需求整车坐标系白车身3D数模、3D焊点和厚度线开启件各子系统零件名称、零件号、钣金厚度、材料牌号明细表金属材料真实塑性应力-应变曲线4 网格划分开启件建模主要包括发动机盖、前门、后门、行李箱盖等建模。考虑计算资源和计算精度的平衡：对于开启件的外表面基本尺寸为20mm20mm（图4.1）；其他零件尽量控制在8-11mm之间。 图4.1边缘过渡网格示意图4.1 网格划分方案在划分网格时要采用以下方案：1）采用中间平面建立网格模型，避免初始穿透；2）shell单元至少2排以上，solid单元至少3排以上，如图4.2所示； 图4.2 多排网格3）保留主要几何型线
4、，网格要与几何保持良好的贴合；4）需要布置焊点的翻边处至少要分两排以上的网格单元，单元与边缘平直；5）关键区域单元应尽可能规则并细化，在粗细网格之间应有过渡单元，参见图4.1；6）防止集中出现翘曲单元和三角形单元的区域；7）对于横跨纵向中心面的部件，用纵向中心面把它分割为两部分；8）对称部件和对称结构要求对称网格。4.2 单元质量标准碰撞分析模型的单元要满足如下质量标准：1）翘曲角度（Warpage）：152）长宽比（Aspect Ratio）：53）倾斜角度（Skew Angle）：104）四边形内角（Angle Quad）：401355）三角形内角（Angle Tria）：251206）雅
5、克比（Jacobian）：0.6在HyperMesh中的质量检查参数设置见表4.1。表4.1 单元质量检查标准输入HyperMesh的单元质量检查文件criteria如下：Criteria file written by HM 7.0 # Criterion On Wt Ideal Good Warn Fail Worst 0 penalty value 0.00 0.00 0.80 1.00 10.00 1 min size 1 1.0 10.000 9.000 4.900 4.000 3.286 2 max length 1 1.0 10.000 12.000 18.560 20.000
6、30.000 3 aspect ratio 1 1.0 1.000 2.000 4.400 5.000 10.000 4 warpage 1 1.0 0.000 5.000 13.000 15.000 30.000 5 max angle quad 1 1.0 90.000 110.000 130.500 135.000 151.667 6 min angle quad 1 1.0 90.000 70.000 46.000 40.000 20.000 7 max angle tria 1 1.0 60.000 80.000 112.000 120.000 150.000 8 min angle
7、 tria 1 1.0 60.000 50.000 29.500 25.000 6.250 9 skew 1 1.0 0.000 10.000 34.000 40.000 70.000 10 jacobian 1 1.0 1.000 0.900 0.700 0.600 0.300 11 chordal dev 0 0.0 0.000 0.300 0.800 1.000 2.000 12 % of trias 1 1.0 2.000 6.000 9.280 10.000 12.222 另外，三角形单元数不能超过单元总数的10%。4.3 网格划分细则4.3.1 孔与网格形状4.3.1.1 基本原则
8、1）直径小于6mm的孔可以忽略掉，将此孔填满；2）直径大于等于6mm的孔必须保留。3）有的孔会影响到周边的网格质量，可以依据经验适当对这些孔作一些简单的处理4.3.1.2 孔的形状简化规则大于45的孔，周围网格采用标准尺寸进行划分；小于或等于45的孔，孔的形状按表4.2的规则进行简化处理：表4.2 孔的简化处理规则孔的尺寸孔的形状620四边形2125六边形2632八边形3338十边形3945十二边形4.3.1.3 不同种类孔的处理1）用于联接的圆孔螺栓孔对于铰链安装孔按图4.3处理，外圈直径大小与垫片的直径相同（一般为孔径的2倍）。图4.3 主要安装受力孔的处理2）普通圆孔例如用于布置线束的孔
9、、工艺孔、车身减重孔以及定位孔等按表4.6的规则处理。3）椭圆孔其处理方式如图4.4，即直径B在720mm之间，构建两个网格单元；小于7mm则用一个网格单元模拟。4）其他孔螺钉孔、铆钉孔、塞焊孔等全部忽略；对于线卡孔，将孔洞去除，在孔心处布置单元节点。图4.4 椭圆孔的处理实例4.3.1.4 孔的处理实例各种孔的处理实例如图4.5、图4.6所示：图4.5 孔网格划分实例1图4.6 孔网格划分实例24.3.2 加强筋的处理1）关键区域的筋全部保留；2）对于小的加强筋，按最小网格尺寸进行划分网格；3）筋的扩展斜面的处理办法如图4.7所示。图4.7 筋网格划分4.3.3 过渡圆角/倒角的处理1）对于
10、尺寸大于、等于8mm的圆角/倒角，必须生成两排网格单元，如图4.8所示；2）对于尺寸小于8mm的圆角/倒角，只需生成一排网格单元即可，如图4.9所示； 图4.8 双排网格 图4.9 单排网格3）如果圆角/倒角长度小于4 mm，必须将倒角长度按图4.10所示的方法延长到4mm。图4.10 长度小于4mm的倒角处理5 材料一般情况下，开启件选材相对固定。外板一般选用B180H1，内板一般选用ST13、ST14和ST16等，加强板一般选用B170P1、B210P1等，对于新开发的车型，加强板也有选用B340LA。对于上述材料，在建模时选用24号材料模型，也可以采用98号材料(简化的Johnson-C
11、ook本构模型)，考虑材料应变率效应：* MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICIDRhoENUSIGYETANEPPFTDEL7.85E-06210.0000.30.0000.000CPLCSSLCSRVPID0注：LCSS输入相应材料牌号对应的有效应力应变曲线。简化的Johnson-Cook本构模型： 其中：A为初始屈服应力B为应变强化系数n为应变强化指数C为应变率强化系数*MAT_SIMPLIFIED_JOHNSON_COOKIDRhoEPRVP9.5E-73.0000.301ABNCPSFALLSIGMAXSIGSATEPSOBEAM焊点材料采用100号材料模型：*
12、MAT_SPOTWELDIDRhoENUSIGYETDTTFAIL7.85E-6207.0000.2901.01.00.000EFAILNRRNRSNRTMRRMSSMTTNF0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0006 属性开启件除少量胶以外，全部采用壳单元模拟。壳单元属性参数设置：*SECTION_SHELLIDELFORMSHRFNIPPROPTQR/IRIDICOMPSETYP21.00031.00.00001T1NLOCMAREA0.00.000注：其中T1为壳单元的实际厚度。NIP为积分点个数，当T13时，NIP5；当3T11.0时，NIP=3
13、；当T1.0时NIP=2。可变形焊点beam单元属性参数设置：*SECTION_BEAMIDELFORMSHRFQRCSTSCOOR91.0002.010.0THIC1sTHIC2sTHIC1tTHIC2tNSLOCNTLOCs6.0006.0000.0000.0000.0000.07 连接关系处理7.1 点焊开启件各个部件的连接方法大都是点焊。点焊处理时注意连接单元须与平面垂直。点焊有两种模拟方法：层板焊接用spotweld（*CONSTRAINED_SPOTWELD）单元模拟，3层以上板焊接用rigid body（*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY）单元模拟，用ri
14、gid body连接时，不要激活attach nodes as set选项。用BEAM单元模拟可变形焊点。可变形焊点通过TYPE 9 BEAM单元来模拟，该模拟方法可根据焊点材料的特性来判断点焊失效，使模拟更真实，且不需要单元节点一一对起，方便建立模型。为减轻劳动量，提高建模效率，推荐使用第二种方法模拟点焊。7.2 烧焊烧焊模拟方法：2层板焊接用spotweld（*CONSTRAINED_SPOTWELD）模拟；3层以上板焊接用rigid body（*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY）单元模拟，用rigid body连接时，不要激活attach nodes as set
15、选项。7.3 包边开启件基本上都有包边（如图7.1）。在需要包边的区域，网格节点需要严格对起，然后重合节点。把包边放在一个component中，取名edge+子系统名。包边的材料与内板相同，厚度为2倍的外板厚度加内板厚图7.1 包边7.4 铰链 开启件与白车身通过铰链连接，用joint模拟。常见joints连接的运动方式见表7.1所示。在模拟铰连连接的时候，要用到两个rigidbody，在模型中要将这两个rigidbody分放在不同的component里面，对应的component的命名是rigid A for joint-子系统与rigid B for joint-子系统。开启件与白车身通过
16、转动铰链（Revolute joints）连接，如图7.2中所示。表7.1 常用铰JointsRevoluteSphericalTranslationalCylindrical 图7.2 revolute joints连接铰链的网格一般采用2号壳单元模拟，也可以采用实体单元或厚壳单元模拟。材料一般采用QSTE420、SAPH370等。8接触定义定义BEAM与其连接componen间的接触：将所有被连接的componen定义成一个part set作为接触的MASTER；将所有BEAM焊点的节点定义成一个node set作为接触的SLAVER。 *CONTACT_SPOTWELDSSIDMSIDS
17、STYPMSTYPSBOXIDMBOXIDSPRMPR2.0001.000FSFDDCVCVDCPENCHKBTDT0.1000.1000.0000.0000.0000.0000.0001.00E20SFSSFMSSTMSTSFSTSFMTFSFVSF0.1000.1000.0000.0000.0000.0000.0000.0009 命名规则对于开启件，一般每个零件都有零件号，则以车型号+零件号命名，如Q21-6101111。左右对称件分别放在不同的component中。开启件内相同的材料只用一种。不同的component对应不同的property，且要求一个component的 proper
18、ty ID与part ID相同。开启件表达成两种集合方式：closure by material和 closure by structure,具体见图9.1开启件子系统中BEAM焊点，按各子系统内的按各子系统的名称命名，如spotweld-frt dr，组装开启件后，需定义焊点接触contact_spotweld- closure。几何焊点与connector最后放进与BEAM焊点相对应的component中，这样便于组装模型的工程师更改和检查连接。铰链与各子系统和车身的连接为刚性连接，命名MPC_closure和MPC_closure to BIW,模拟烧焊的刚性焊点也放在MPC_closu
19、re中。模型命名规则示范见表9.1；模型中ID号的分配见表9.2表9.1 模型命名规则项目命名规则示例数据库文件车型号-系统名称_日期.hmS12-closure_050101.hmcomponent开启件钣金件全用零件号S21-6101111property属性名称与component名称相同6101111material公用材料：牌号（名称）-子系统名ST12- closurecurve对于材料性能曲线，与相应材料名称相同（材料只有单一性能曲线）或“材料名称_曲线标识”； ST12- closurecurve title相应曲线名称出去子系统名称ST12plot曲线类别-子系统名metal
20、-closuresetpart 直接用partsParts for spotweld- closurenode直接用nodesnodes for spotweld- closuregroupcontactcontact_主动面/件-从动面/件contact_spotweld- closurerigid body/spotweld连接部件：MPC_子系统名（-子系统名）连接运动副：rigid A/B for joint-子系统名MPC_closure（-body）rigid A for joint-frt drjointjoint-子系统名joint-frt dr上表只是列举了一般情况，不可能全
21、部概括，需要时可参考“模型示例库”，有新的需求时要根据基本命名原则命名，以保证模型的一致性、规范性和可读性。 图9.1 开启件系统零件命名示意图表9.2开启件系统编号系统子系统最小ID号nodeelementpartpropertymaterialcurveclosurefront door10000001000000700700100100rear door11000001100000800800hood12000001200000900900deklid/hatchback1300000130000010001000 10 检查在归档前要对建好的模型做最后的检查，确保准确无误。检查项目包括：单元网格质量及干涉；检查单排网格与检查自由边；材料/属性（包括材料曲线、参数设置）；检查是否漏焊点、可变形焊点长度；给0.1ms的时间，检查质量增加以及最小时间步长。要求最不时间步长不小于1e-4ms。1数据提交及存档将完成的模型文件：车型号-closure_日期.hm（例如Q21- closure _070212.hm）归档，同时也将该hm文件的dyn文件同时归档，即车型号- closure _日期.dyn（例如Q21-closure_070212.dyn），并附上说明文件，注明开启件的相关信息如：质量和数模状态。
