專利名稱：雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要用于汽車的概念設(shè)計(jì)階段的抗撞性研究。具體涉及一種雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，在車身概念設(shè)計(jì)階段的碰撞分析中，實(shí)現(xiàn)雙帽型截面薄壁梁抗彎特性的快速提取。
背景技術(shù)：
汽車的概念模型是對詳細(xì)模型的高度簡化，構(gòu)成車身的吸能部件均被縮減為簡化的梁單元，概念車身有限元模型中用殼單元模擬薄壁梁是不現(xiàn)實(shí)的。雙帽型截面薄壁梁是車身承載部件中較常見的結(jié)構(gòu)，掌握其彎曲特性是車身產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)階段達(dá)到抗撞性能指標(biāo)的基礎(chǔ)。在發(fā)生彎曲變形時(shí)，出現(xiàn)的塑性鉸線被視為薄壁梁結(jié)構(gòu)變形能量耗散的唯一途徑。本發(fā)明通過大量試驗(yàn)以及數(shù)值模擬，針對雙帽型截面薄壁梁提出簡化分析方法，能夠在縮減建模前預(yù)測結(jié)構(gòu)的抗彎性能，避開了非線性問題繁瑣的建模及分析過程，類似針對雙帽型截面薄壁梁結(jié)構(gòu)彎曲特性分析方法并未出現(xiàn)在汽車車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的關(guān)鍵問題是提出一種雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，將雙帽型薄壁梁的彎曲變形區(qū)域沿“帽檐”分為兩部分，即凹陷部分和凸起部分。這樣就將一個(gè)復(fù)雜的變形模式分為兩個(gè)相對簡單的模式，對每一部分分別建立簡化模型，最后再把兩部分組合，得到雙帽型薄壁梁的簡化模型。本發(fā)明提供的簡化模型能夠更準(zhǔn)確模擬雙帽型截面薄壁梁，可應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)階段對車身結(jié)構(gòu)中雙帽型薄壁梁部件彎曲吸能變形的模擬。本發(fā)明主要通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)將雙帽型截面薄壁梁的彎曲變形區(qū)分為凹陷部分和凸起部分；(2)計(jì)算凹陷部分的局部彎曲特性；(3)計(jì)算凸起部分的局部彎曲特性；(4)將凹陷部分和凸起部分進(jìn)行組裝，計(jì)算雙帽型薄壁梁整體彎曲特性。其中，步驟(2)包括塑性鉸線分類、計(jì)算塑性鉸線長度、計(jì)算塑性鉸線的相對轉(zhuǎn)角、計(jì)算沿各條塑性鉸線耗散的能量，具體為設(shè)簡化模型的截面幾何參數(shù)為a、b和f，在彎曲過程中，塑性轉(zhuǎn)角為θ，彎曲區(qū)域長度為2h，且其值等于a和b中的較小者；設(shè)所有的塑性變形都發(fā)生在塑性鉸線上，且塑性鉸線可分為兩種類型固定塑性鉸線和移動(dòng)塑性鉸線，固定塑性鉸線包括EX、GY、EB、GB、BZ、BA、FC、HC、CV、CJ、GK、NH、HU、 WF、EL、FM、匪、NK、ML和LK，其中AB和CJ的長度隨塑性轉(zhuǎn)角θ變化；移動(dòng)塑性鉸線包括 AG、AE、AL、AK、JF、JM、JH、JN ；因此沿任意塑性鉸線耗散的能量Wi可表示為
權(quán)利要求
1.一種雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，包括以下步驟(1)將雙帽型截面薄壁梁的彎曲變形區(qū)分為凹陷部分和凸起部分；(2)計(jì)算凹陷部分的局部彎曲特性；(3)計(jì)算凸起部分的局部彎曲特性；(4)將凹陷部分和凸起部分進(jìn)行組裝，計(jì)算雙帽型薄壁梁整體彎曲特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，其特征在于所述的步驟( 包括塑性鉸線分類、計(jì)算塑性鉸線長度、計(jì)算塑性鉸線的相對轉(zhuǎn)角、計(jì)算沿各條塑性鉸線耗散的能量，具體為設(shè)簡化模型的截面幾何參數(shù)為a、b和f，在彎曲過程中，塑性轉(zhuǎn)角為θ，彎曲區(qū)域長度為2h，且其值等于a和b中的較小者；設(shè)所有的塑性變形都發(fā)生在塑性鉸線上，且塑性鉸線可分為兩種類型固定塑性鉸線和移動(dòng)塑性鉸線，固定塑性鉸線包括EX、GY、EB、GB、BZ、BA、FC、HC、CV、CJ、GK、NH、HU、WF、 EL、FM、匪、NK、ML和LK，其中AB和CJ的長度隨塑性轉(zhuǎn)角θ變化；移動(dòng)塑性鉸線包括AG、 AE、AL、AK、JF、JM、JH、JN ；因此沿任意塑性鉸線耗散的能量Wi可表示為Wi = Ii · M0 - Coi式中，Ii為塑性鉸線的長度，Mtl為發(fā)生塑性彎曲時(shí)的單位彎矩，它是由結(jié)構(gòu)幾何尺寸和材料屬性決定的，Mtl= σ 0t2/4, c^為流變應(yīng)力，t是薄壁梁的壁厚，Oi為沿對應(yīng)的塑性鉸線產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)角；綜上，凹陷部分結(jié)構(gòu)吸收的總能量為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，其特征在于所述的步驟C3)包括塑性鉸線分類、計(jì)算塑性鉸線長度、計(jì)算塑性鉸線的相對轉(zhuǎn)角、計(jì)算沿各條塑性鉸線耗散的能量，具體為設(shè)所有的塑性變形都發(fā)生在塑性鉸線上，簡化模型的截面幾何參數(shù)與凹陷部分的截面幾何參數(shù)同為a、b和f;忽略GG' ,EE' ,FF' ,HH'、GB、BE、HC和CF上吸收的能量；在該模型中需要研究的塑性鉸線有固定塑性鉸線，包括GY、EX、BZ、G' B'、B' E'、 G' B、E' B、A' B'、UH、VC、WF、H' C'、C' F'、H' C、F' C、J' C'、C' B'、H' G'和 F' E'，其中A' B'、J' C'、G' B、E' B,H' C和F' C的長度在彎曲過程中隨塑性轉(zhuǎn)角 θ的增大而變化；移動(dòng)塑性鉸線，包括A' G'、k' E'、A' B、J' C、J' H'和J' F'；沿凸起部分的各條塑性鉸線耗散的能量Wfi ( θ )、彎矩與塑性轉(zhuǎn)角的關(guān)系Mfi ( θ )的計(jì)算方法與凹陷部分的計(jì)算方法一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，其特征在于所述的步驟(4)包括凸凹部件的組裝、建立整體能量表達(dá)式、得到彎矩和塑性轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，具體為將凹陷和凸起兩部分的簡化模型進(jìn)行組裝，得到雙帽型薄壁梁整體的模型； 在彎曲過程中，雙帽型薄壁梁上吸收的能量為 W(e) = Wh (0)+Wfi (θ)在彎曲過程中，彎矩與塑性轉(zhuǎn)角的關(guān)系為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙帽型截面薄壁梁彎曲特性的簡化分析方法，屬于汽車車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域，用于汽車的概念設(shè)計(jì)階段的抗撞性研究。通過將雙帽型截面薄壁梁的彎曲變形區(qū)分為凹陷部分和凸起部分、計(jì)算凹陷部分的局部彎曲特性、計(jì)算凸起部分的局部彎曲特性，最后將凹陷部分和凸起部分進(jìn)行組裝，計(jì)算雙帽型薄壁梁整體彎曲特性。本發(fā)明能夠很好地滿足汽車概念設(shè)計(jì)階段中對車身簡化框架結(jié)構(gòu)建模及抗撞性分析的需要，并能夠輔助設(shè)計(jì)人員快速提取此類薄壁梁結(jié)構(gòu)的抗彎特性，避免了傳統(tǒng)有限元分析及試驗(yàn)的繁瑣工作，從而實(shí)現(xiàn)了對設(shè)計(jì)方案初步性能地評估和快速修改。
文檔編號G06F17/50GK102184283SQ20111011125
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者徐濤, 李亦文, 李恒, 李行, 程鵬, 高元明 申請人:吉林大學(xué)