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汽車碰撞有限元分析是汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)與改進(jìn)的重要手段和方法。影響碰撞安全性的汽車車身結(jié)構(gòu)主要由沖壓件組成，沖壓成形所引起的壁厚變化、殘余應(yīng)力和材料硬化等沖壓效應(yīng)保留在零件內(nèi)部，將影響碰撞仿真的精度。目前汽車碰撞仿真模型通常直接由CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到，沒有考慮沖壓成形對碰撞性能的影響。為了提高汽車碰撞仿真的精度，在仿真中引入零件的沖壓效應(yīng)成為研究的熱點(diǎn)。
國內(nèi)外學(xué)者在汽車碰撞仿真分析中引入沖壓效應(yīng)方面做了一些相關(guān)研究。由于沖壓仿真模型的網(wǎng)格劃分比較密，同時沖壓后網(wǎng)格會變形，碰撞仿真分析不適合直接使用沖壓網(wǎng)格模型，因此為了在汽車碰撞仿真分析引入沖壓效應(yīng)，沖壓與碰撞仿真模型之間網(wǎng)格變量需要映射。現(xiàn)在的研究一般都采用LS-DYNA軟件中的網(wǎng)格變量映射方法：文獻(xiàn)中利用LS-DYNA軟件，分別進(jìn)行閉口帽形梁和前縱梁的碰撞仿真分析，發(fā)現(xiàn)引入沖壓效應(yīng)對碰撞仿真結(jié)果有較大的影響，證明了沖壓效應(yīng)對車身結(jié)構(gòu)耐撞性有影響。也有一些學(xué)者提出了新的網(wǎng)格變量映射方法，文獻(xiàn)中提出一種利用面積加權(quán)的新映射算法，開發(fā)了計(jì)算程序?qū)_壓模型的網(wǎng)格變量映射到碰撞模型上，解決了網(wǎng)格重劃后模型之間變量的映射問題。
網(wǎng)格模型之間變量映射的準(zhǔn)確性，在一定程度上影響碰撞仿真精度。為了提高碰撞仿真分析中網(wǎng)格變量映射的準(zhǔn)確性，本研究中提出一種基于等參元逆變換的網(wǎng)格變量映射方法，使兩種網(wǎng)格模型之間的網(wǎng)格變量準(zhǔn)確傳遞，為提高汽車碰撞仿真分析精度和改善汽車安全性提供一種有效可行的方法。
沖壓與碰撞網(wǎng)格模型之間網(wǎng)格變量的映射，一般概括為3個步驟：沖壓模型節(jié)點(diǎn)變量的生成、碰撞模型節(jié)點(diǎn)的定位和網(wǎng)格模型之間的變量插值。首先將沖壓仿真后模型單元上的變量插值到節(jié)點(diǎn)上，然后將碰撞模型每個節(jié)點(diǎn)精確定位于對應(yīng)的沖壓模型的某一個單元內(nèi)，最后將對應(yīng)單元的節(jié)點(diǎn)變量插值到碰撞模型的節(jié)點(diǎn)上。
沖壓模型的網(wǎng)格變量如厚度和等效塑性應(yīng)變，一般是在高斯積分點(diǎn)處輸出或以單元形心處的平均值輸出，而沖壓與碰撞模型之間變量的映射須通過模型節(jié)點(diǎn)相互傳遞，所以在映射變量之前將積分點(diǎn)上的變量值插值到節(jié)點(diǎn)上，采用繞點(diǎn)面積加權(quán)法獲得沖壓模型的節(jié)點(diǎn)變量，沖壓模型節(jié)點(diǎn)被n個單元環(huán)繞。
碰撞模型各個節(jié)點(diǎn)定位于沖壓模型中對應(yīng)單元的過程，可分為全局定位和局部定位兩個步驟。為了提高定位的效率，首先進(jìn)行全局定位，即對沖壓模型進(jìn)行全局搜索，確定需要局部定位的單元范圍。將碰撞和沖壓模型置于同一個整體坐標(biāo)系下，采用劃分空間球體的思想進(jìn)行全局定位。設(shè)碰撞模型某一節(jié)點(diǎn)為圓心，以沖壓模型最大單元對角線長度為半徑：作一個空間球體，然后對沖壓模型進(jìn)行全局搜索，判斷沖壓模型各個節(jié)點(diǎn)與點(diǎn)的距離是否小于半徑，距離小于半徑的沖壓模型節(jié)點(diǎn)便在球內(nèi)，球內(nèi)沖壓模型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的單元即為需要局部定位的單元范圍。
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