[发明专利]一种结合随机函数的汽车涂层抗石击性仿真评价方法

说明书

本发明公开了一种结合随机函数的汽车涂层抗石击性仿真评价方法。所述方法通过耦合得到仿真时间t₁内颗粒冲击的位置，以及颗粒冲击涂层样板瞬间的速度和角度信息；将涂层样板受到颗粒冲击的部分划分为若干个矩形区域，获得所有区域的最终的受击概率，利用随机函数分别预测t‑t₁时间内的颗粒冲击的区域以及具体冲击位置坐标；统计每个区域中的仿真时间t₁内的颗粒冲击速度和冲击角度；以随机函数分别预测t‑t₁时间内的颗粒冲击速度及冲击角度；将t时间内的颗粒冲击等效为涂层样板上的磨损质量，进行涂层抗石击性的评价。本发明既消除了试验重复性差的缺陷，又解决了汽车涂层多颗粒冲击仿真计算量大、不满足工程应用要求的问题。

技术领域

本发明涉及汽车涂层抗石击性测试领域，具体涉及一种结合随机函数的汽车涂层抗石击性仿真评价方法。

背景技术

汽车涂层在汽车表面的防腐、防锈、抗老化方面有着巨大的作用。但汽车在行驶过程中会溅起路面的碎石，这些碎石击打在涂层的表面可能会导致涂层的破损，从而对车辆的美观和安全性能造成负面影响。因此，研究涂层受到颗粒冲击时的破坏现象，找到一种准确又高效的方法实现涂层的抗石击能力评价有着重要的意义。

目前，汽车涂层抗石击性的评价主要依靠标准试验来进行。然而，我国目前尚未颁布相关的标准对其进行规范，各大汽车公司间也没有形成一个统一的标准。目前最为常用的试验标准是DIN体系的DIN 55996-1，ISO 20567-1标准以及SAE 体系的SAE J400和JIS标准。另一方面，试验虽然有着直观、快捷的优点，但也受制于其较低的可重复性以及较高的成本。近年来，随着计算机技术的飞速发展，计算机仿真给予了汽车涂层抗石击性评价方法以新的可能。通过CFD-DEM耦合仿真的方法可以有效模拟颗粒在装置内运动直至撞击涂层样板的过程，对于研究冲击子在不同条件下的运动以及样板受击的破坏程度很有帮助，可以用于指导甚至是替代标准试验进行汽车涂层抗石击性评价。

经检索，现有技术文件中一种汽车涂层抗石击性标准实验的仿真对标方法，其中展示了CFD-DEM耦合仿真方法再现试验中涂层破坏的能力，从而揭示了通过仿真方法评价汽车涂层抗石击性的可能性。虽然该专利通过了数种评价方法将涂层破坏的仿真计算结果和试验结果进行对标，但未考虑仿真计算效率的因素。由于试验的现象时间较长，若是对试验过程进行全程的仿真计算，将会给仿真的效率带来了很大的挑战。

发明内容

本发明提出一种结合随机分布函数的方法来提高使用CFD-DEM耦合仿真方法评价汽车涂层抗石击性的效率。先计算一段较短的仿真时长，一般取总仿真时长的1/5-1/3，再通过统计颗粒冲击位置和速度、角度的分布规律，使用随机函数推测出试验相同时长内的颗粒冲击时的运动特征。这种结合随机分布函数的汽车涂层抗石击性仿真评价方法，能大幅缩短仿真的计算时间，为高效且准确地评价汽车涂层的抗石击性能提供了一条可行的道路。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种结合随机函数的汽车涂层抗石击性仿真评价方法，包括以下步骤：

S1：根据汽车涂层抗石击性试验标准的条件，在开源耦合框架CFDEM中设置CFD-DEM耦合仿真模型，包括CFD网格模型、湍流模型和多球颗粒模型；通过耦合运算得到一段仿真时间t₁内所有颗粒冲击的位置，以及颗粒冲击涂层样板瞬间的速度和角度信息，t₁试验现象总时间t；

S2：在涂层样板平面建立二维坐标系，将一段仿真时间t₁内所有颗粒冲击的位置都以该坐标系中的坐标表示；

S3：将涂层样板受到颗粒冲击的部分沿着竖直方向和水平方向划分为若干个矩形区域，计算所有区域的最终的受击概率，进而利用随机函数分别预测t-t₁时间内的所有冲击涂层样板的颗粒冲击的区域以及颗粒的具体冲击位置坐标；