基于GISSMO的螺栓失效模型开发及其在车辆碰撞仿真中的应用

导读

作者：卫 董 程 １ ， 杨 洪 １ ， 高 伟 钊 １ ， 鲁 慧 才 １ ， 廖 慧 红 １ ， Kristina Lundgren2, Eggertsen Per-Anders3 （ １ ． 吉利汽车研究院 （ 宁 波 ）有限公司 ， 浙江宁波 ３ １ ５ ３ ３６ ；２ ． 吉利中欧汽车技术中 心哥德堡 ；３ ． 沃尔沃汽车哥德堡）

来源：《第十五届中国CAE工程分析技术年会文集》2019年

摘要：基于车辆关键螺栓在碰撞过程中的受力特点 ， 采用物理试验和仿真标 定的方法开发了基于Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ Ｍ Ｏ的螺栓失效材料模型， 并进行了子系统和整车的试验及仿真对比 。结果显示 ， 该材料模型可以很好的预测螺栓在整车仿真分析中的断裂现象 ， 仿真中的断裂力值 、 断裂时间和失效模式均与物理试验相吻合， 在整车碰撞仿真分析中 ， 具有较高的实用性 。

０ 引 言 

    车辆 的碰撞是 一 个大变形、 大失效的过程， 车辆在碰撞过程 中 ， 各零部件在冲击力的作用下 ， 通 过变形来吸 收碰撞 能量， 使得车体在碰撞过程中 可以以一定的减速度完成碰撞过程， 合理的车辆变形和减速度可以使得乘员的 伤害减小 ， 使得乘员在碰撞过程中不会受到激烈的二次碰撞 ， 这就要求在车 辆设计时充分考虑整车在碰撞过程中变形 ，使得乘员舱以外的变形区域变形达到最大， 而乘员舱则产生较小的变形或者不变形 。但一 般车辆的布置状态， 前舱会布置大部分的零部件， 如动力总成 、 冷却 、 制动鼓 、 蓄电池、 副车架等 。如果动力总成的尺寸无法缩小 ， 则前舱的可变形空间将会减小 ， 这时 如果副车架可以在碰撞过程中将安装螺栓断裂， 副车架从车体上脱落， 便可以 增大整个前舱的变形空间 。但副车架作为底盘部分主要的承载部 件， 在正常行驶过程中有着重要的作用 ， 通常不允许产生松脱， 异 响 ， 开裂等， 如何在 既能保证正常的使用性能的情况下 ， 在碰撞过程中又可以实现想要的断裂效果 ， 通过计算机辅 助工 程 （ ＣＡＥ） 的 方法， 可 以 很 好的 验证其在 各 种工 况下 的 特性， 满足设计开发需 求。但是 针对螺 栓的 失 效预测 ， 当 前在碰撞仿 真分析 中 并 没 有 很 好 的 办 法 ， 通 常 的 做 法 是 使 用 ＊ ＥＬＥ － ＭＥＮ Ｔ Ｂ ＥＡ Ｍ 模拟螺 栓， 并 通过在 材料 中增 加 应变失 效来模拟 。但是这种 方法一 是无法通用 ， 二 是无法 反映螺 栓真实 的 断裂状态 。所以 急 需 一 种 准确 的模 拟 螺栓 的 方式 ， 可以 完 美 的 反应 出螺 栓在 真实 受力 状态下 的 变形和 失效情况 。 

    在 ＬＳ － ＤＹＮＡ 材料模 型 中 运用 最广 泛 的 失 效模 型 一 般有 Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ ＭＯ 和 Ｄ Ｉ ｆｌ 失效模型 ， Ｄ Ｉ ｆｌ 损 伤 准则 为 线性损 伤 ， 多 用 于 平面材料的模 拟 ， Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ ＭＯ 支持 非线性损 伤 ， 且应变状态可以 定 义 为 与洛德 角 、 应 力 三轴 度相 关的 函 数 。本文 主要 是研究对于螺 栓这 样 的 圆 柱形部 件的 断裂失 效， 故采用 Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ ＭＯ 失效 模型更能准确 的 模拟 。

１ 基于 Ｇ Ｉ ＳＳ ＭＯ 的螺栓失效模型的建立 

１ ． １ Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ ＭＯ 失 效模 型 

    Ｇ Ｉ Ｓ Ｓ ＭＯ （ Ｇｅ ｎ ｅ ｒａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｉ ｎ ｃｒ ｅ ｍ ｅｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔｒ ｅ ｓ ｓＳ ｔａｔｅ ｄｅｐｅ ｎ ｄｅ ｎ ｔ ｄａｍａｇ ｅ Ｍ ｏｄｅｌ ）

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