RADIOSS整車碰撞模型轉(zhuǎn)換方法的研究與應(yīng)用
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對于具體的材料參數(shù)的設(shè)定，以LS-DYNA中最常用的24號材料為例[3]，RADIOSS中材料基本參數(shù)的設(shè)定和LS-DYNA相同。他們都包括①單一應(yīng)力應(yīng)變曲線+應(yīng)變率效應(yīng)參數(shù)；②針對不同的應(yīng)變速率下定義應(yīng)力應(yīng)變曲線；③給出不同應(yīng)變率下的參數(shù)，通過公式定義材料的應(yīng)變率效應(yīng)。在本文的模型轉(zhuǎn)換中，選用了在不同應(yīng)變速率下定義多個(gè)應(yīng)力應(yīng)變曲線的方法。材料的失效方式，RADIOSS格式模型不是體現(xiàn)在材料屬性卡片當(dāng)中，而是采用/FAIL/…的格式根據(jù)不同要求對材料單獨(dú)設(shè)置不同的失效方式，如最大的塑性應(yīng)變失效、最大拉伸應(yīng)變失效等。由于不同求解器均有其各自的理論和算法，所以從LS-DYNA到RADIOSS一對一的轉(zhuǎn)換，不一定能夠得出最佳的結(jié)果。我們應(yīng)該根據(jù)不同軟件的特點(diǎn)，盡量選用其最佳參數(shù)。
整車模型中常的轉(zhuǎn)動(dòng)副、阻尼、彈簧、球鉸，以及焊點(diǎn)、包邊、粘膠等特征，在LS-DYNA和RADIOSS中均用一維單元來模擬，其區(qū)別在于LS-DYNA格式的模型將分別對一維單元賦予單元屬性卡片和材料屬性卡片，而RADIOSS格式的模型中，一維單元的所有屬性均通過一張卡片來實(shí)現(xiàn)，其中還包含所有可能的失效方式，不需要再單獨(dú)賦予其材料特性。
1.3 焊點(diǎn)和剛體連接
在LS-DYNA中，焊點(diǎn)的定義是通過beam一維單元及其兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與相關(guān)零部件之間的tie接觸來實(shí)現(xiàn)的。在RADIOSS中，焊點(diǎn)的定義是通過spring beam一維單元，同時(shí)對于每組spring beam單元的上下節(jié)點(diǎn)分別與對應(yīng)的零部件生成一個(gè)type2接觸來實(shí)現(xiàn)的。
剛體的表示方法，本模型中，剛體的屬性體現(xiàn)在RBODY中，如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器剛體的屬性，如質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，其材料選用普通的彈性體材料，目的在于體現(xiàn)帶網(wǎng)格的剛體與周圍零部件發(fā)生接觸時(shí)的有效接觸剛度。對于螺栓形式的剛性體連接，LS-DYNA和RADIOSS均可以對相應(yīng)零部件采用rigid body來實(shí)現(xiàn)。對于剛性體與剛性體之間的連接，如子模型之間的連接，在LS-DYNA中，各子總成之間的連接均通過剛性片以及*CONSTRAINED_RIGID_BODIES控制卡片將兩個(gè)剛體連接在一起。而在RADIOSS中，則采用一個(gè)RBODY，所選擇的節(jié)點(diǎn)通過group by part的形式將兩個(gè)片體的所有node組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)將兩個(gè)剛性片連接在一起，而這兩個(gè)片體均設(shè)置為彈性體材料，如表2所示。
表2 剛體連接示意圖（LS-DYNA與RADIOSS比較）
1.4邊界條件的加載
整車模型邊界條件的加載包含了初整車基本模型之外的所有內(nèi)容，有壁障的加載及相關(guān)設(shè)置，有整車自接觸以及與壁障/地面之間的接觸設(shè)置，有整車模型需要重點(diǎn)研究的截面力、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變以及零部件能量變化等信息要求的設(shè)置和輸出。這些信息不同的軟件其理論都是一致的，但每種軟件均有其獨(dú)自的設(shè)置方式，且相關(guān)的控制參數(shù)均具有其軟件包含的獨(dú)自的特性。關(guān)于接觸的設(shè)置， LS-DYNA和RADIOSS常用的接觸類型及其對應(yīng)關(guān)系如表格3所示。
表3 LS-DYNA和RADIOSS常用的接觸對照表
模型轉(zhuǎn)換時(shí)，HyperCrash會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)求解計(jì)算的engine控制文件，根據(jù)不同的要求對求解計(jì)算控制參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定，主要包括計(jì)算時(shí)間、計(jì)算步長控制、輸出信息的類別設(shè)定等。LS-DYNA與RADIOSS的不同之處在于，前者可以單獨(dú)給予各項(xiàng)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)信息不同的輸出方式和輸出時(shí)間間隔，而后者對所有的時(shí)間歷程數(shù)據(jù)信息信息只能采用相同的輸出方式和輸出時(shí)間間隔。還有，RADIOSS可以通過不同的engine文件，對模型進(jìn)行各個(gè)時(shí)間段的獨(dú)立求解。
2 整車RADIOSS模型設(shè)置
在此以常用工況50FFB、64ODB、50MDB為例，結(jié)合相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過校核有限元模型中零部件的幾何形狀、材料和厚度，調(diào)整臺車與整車的相對位置，利用RADIOSS有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，得到了對標(biāo)分析結(jié)果。
2.1 整車模型信息
整車碰撞模型，主要包括白車身、座椅、底盤、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力總成等結(jié)構(gòu)。針對不同的碰撞規(guī)則，又帶有可移動(dòng)壁障、固定壁障以及剛形體臺車等。整車有限元模型，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為1289275，單元總數(shù)為1332879，其中殼單元總數(shù)為1280025，實(shí)體單元總數(shù)為40606，一維單元總數(shù)為12248，二維單元的平均尺寸為8mm，如圖2所示。
圖2 整車有限元模型
RADIOSS格式的偏置碰固定壁障為solid壁障，總質(zhì)量為26.1kg，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為49180，單元總數(shù)為48311，其中殼單元總數(shù)為9310，實(shí)體單元總數(shù)為39000，并包括一個(gè)剛體單元[4]，如圖3所示。
RADIOSS格式的側(cè)碰可移動(dòng)變形壁障總質(zhì)量為950kg，其中分為前面碰撞塊24kg，臺車926kg。模型的基本信息中，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為8629，殼單元總數(shù)為348，實(shí)體單元總數(shù)為6300[5]，如圖4所示。
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