[发明专利]一种基于有限元分析预防车身钣金断裂失效方法及装置

说明书

本发明涉及汽车设计技术领域，特别涉及一种基于有限元分析预防车身钣金断裂失效方法及装置。本发明基于有限元方法，采取了较为保守的目标值，通过校核相关的指标，可以在设计阶段预防车身钣金不会发生断裂。本发明提出的判断车身钣金是否断裂失效的方法，可以在设计阶段预测到车身钣金是否会发生断裂，从而提前预知风险，进而对车身钣金的进行优化，提高前期设计质量。本发明将设计目标设为最大工程应力对应的真实应力或残余应变，此刻也是钣金开始颈缩的时候，金属承载能力刚开始下降，在持续外力作用下，超过此值可认为金属有断裂的风险，相比于用断裂极限应力提高了设计目标值，可以预防车身钣金断裂失效。

技术领域

本发明涉及汽车设计技术领域，特别涉及一种基于有限元分析预防车身钣金断裂失效方法及装置。

背景技术

目前在汽车车身强度和碰撞性能设计中，在车身钣金持续受力过程中，可能会导致断裂，判断车身钣金断裂失效的指标主要是断裂延伸率和最大真实应力；前者是在车身钣金已经断裂后测量出来的数值，在车身结构设计时以这个值为目标不能有效预防车身钣金断裂失效，只能说明当车身钣金材料性能超过这个数值后，钣金发生了断裂；后者是车身钣金实际受到的最大应力值，虽然应力水平最高，也没有发生断裂，但达到最大真实应力的金属可能已经发生颈缩，承载能力已经开始下降，此指标不能有效预防车身钣金断裂。

中国专利CN102822659B提出断裂判断方法、断裂判断装置，提出了一种表示断裂危险程度的定量指标，同时也提出了金属从塑形状态回到弹性状态下，断裂危险程度判断方法，能够以较高精度进行断裂判断，需要根据断裂极限应力线进行判断，但可以判断可能会发生断裂，但不能确保不会发生断裂。中国专利CN109870362B提出一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，主要针对铝材成形过程中断裂问题，采用理论方法绘制具有破裂区、危险区和安全区的断裂成形极限图，避免了试验获取成形极限图的繁琐性；中国专利CN105283874B提出了金属板的弯曲断裂判定方法，主要针对在金属在弯曲断裂时的判断方法，并基于危险率进行对象要素的断裂判定，危险率计算时也是需要断裂极限应力。

综上所述，亟需一种能在设计阶段能有效防止试验验证阶段车身钣金发生断裂失效的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于有限元分析预防车身钣金断裂失效方法及装置，目的在于在设计阶段能有效防止试验验证阶段车身钣金发生断裂失效。

一种基于有限元分析预防车身钣金断裂失效方法，所述方法包括：

根据车辆的使用工况建立非线性有限元分析模型，通过计算并读取分析结果，得到零部件应力σc和等效塑性应变εc；

根据试验得到工程应力σn和工程应变εn关系曲线，进而得到最大工程应力σn-max和其对应的工程应变εn-max，并分别计算得到其对应的真实应力数值σg和塑性应变数值εg；

基于σc与σg的关系，或者基于εc与εg的关系，判断车身钣金是否存在断裂失效风险。

优选的，所述根据车辆的使用工况建立非线性有限元分析，基于非线性有限元分析得到零部件应力σc和等效塑性应变εc，具体包括：

根据车辆的使用工况建立非线性有限元分析，先由拉伸试验获得瞬时载荷P和瞬时伸长量△L之间关系数据，再推导出工程应力σn和工程应变εn关系曲线，最后经过数据处理真实应力σ和真实应变ε后获得塑性应变δ。

优选的，塑性应变数值εg由以下方式推导得到：

σn＝P/A0； (1)

εn＝△L/L0； (2)

σ＝σn(1+εn)； (3)

ε＝ln(1+εn)； (4)

δ＝ε-σ/E； (5)