اتجاهات البحث والتطوير لدمية محاكاة اصطدام السيارات

تتكون حزم برامج محاكاة الأعطال الحديثة من وحدات برامج ما قبل المعالجة / ما بعد المعالجة ووحدات حساب رقمية. لا تعتمد فائدة الاستخدام الصناعي لحزمة برامج محاكاة الأعطال على كفاءة برنامج الحساب فحسب ، بل تعتمد أيضًا إلى حد كبير على الجودة والكفاءة وتوافق المستخدم لوحدات برنامج المعالجة المسبقة / المعالجة اللاحقة المتصلة بها. تستخدم وحدة برنامج المعالجة المسبقة PAMGENERIS ووحدة برنامج المعالجة اللاحقة PAM-VIEW المتوفرة حاليًا برنامج الحساب العددي PAM-SOLID. يتم حاليًا تحسين كل من وحدات البرنامج وإعادة بنائها على نطاق واسع لضمان ملاءمتها ونجاحها للاستخدام الصناعي. يتضمن برنامج الحساب PAM-SOLID برنامج تحليل حوادث السيارات PAM-CRASH ، وبرنامج تحليل سلامة الركاب PAM-SAFE ، و estamصفحة ورقة PAM-STAM وبرنامج تحليل واستجابة التأثير عالي السرعة PAM-SHOCK. تركز هذه المقالة على برنامج تحليل الطفح الجلدي للسيارات PAM-CRASH.

بدأت المحاكاة الصناعية لحوادث السيارات منذ 12 عامًا. تم استخدام برنامج حساب PAM-CRASH لأول مرة على كمبيوتر CRAY1 لإجراء محاكاة لتحطم ليلي في مقدمة VW Polo. منذ ذلك الحين ، استخدمت جميع شركات صناعة السيارات الكبرى محاكاة الاصطدام للمساعدة في تصميم وتصنيع سيارات تنافسية مقاومة للاصطدام. بالإضافة إلى ذلك ، تم توسيع محاكاة الاصطدام لتشمل صناعات أخرى ، مثل حوادث الشاحنات ، وحوادث القطارات ، وقطرات الحاويات ، وهياكل التعبئة ، وحوادث الطائرات.
تتمثل الخطوة المنطقية الثانية في توسيع نطاق نهج المحاكاة ليشمل محاكاة سلامة الركاب. أهداف هذانوع المحاكاة عبارة عن أجهزة أمان سلبية ، مثل الوسائد الهوائية وأحزمة المقاعد وممتصات الصدمات التي تحمي دمية الراكب (القزم) في حالة حدوث تصادم.
أدى تطوير تقنية الاختبار الوهمي إلى ظهور الجيل الرابع من العارضات ، وسيظهر الجيل الخامس من العارضات (العارضات البيولوجية) قريبًا.
بالإضافة إلى ذلك ، تم أيضًا استخدام تقنية العناصر المحدودة الصريحة في عمليات تكنولوجيا المعالجة ذات الصلة ، مثل تشكيل الصفائح المعدنية ، وتشكيل الغلاف المركب بالحرارة ، والتشكيل بالضغط والتشكيل الهيدروليكي. يمكن أن تستخدم تقنيات المعالجة هذه عددًا كبيرًا من العناصر المحدودة ذات الغلاف الرقيق (حتى 100000 أو أكثر) لإجراء التحليل الديناميكي والمحاكاة على التشوهات الكبيرة / عمليات الإزاحة الكبيرة للهياكل والمواد غير الخطية.
النجاح الملحوظ للتقنيات الواضحةيتم تعزيز es من النمذجة رقيقة القشرة. الأول هو أن برنامج الحساب يتم إدخاله حاليًا في كمبيوتر متوازي بشكل كبير ، مما يوفر قوة حوسبة هائلة لمكتب التصميم. والثاني هو استيراد برامج الكمبيوتر إلى محطات عمل من نوع الحواسيب الصغيرة غير مكلفة ، بحيث يمكن للمصنعين الصغار تحمل كلفتها.
إن تطوير الجوانب التالية يجعل برنامج الحساب أكثر كفاءة وفائدة لمحاكاة الاصطدام والتأثير للعديد من مشكلات iProblem الصناعية: ① قراءة بيانات CAD مباشرة لإنشاء الشبكات. عناصر الحزمة العيانية للتصميم المفاهيمي. نماذج المواد الجديدة مثل المواد الرغوية والمواد المركبة والبلاستيك ونماذج معدل الإجهاد والنماذج الحساسة للتلف ، إلخ.
الخطوة التالية في تطوير محاكاة الكمبيوتر تتضمن princفي المجالات التالية: نظام CAD. ② تطوير المزيد من النماذج المادية ، ومعادلات العناصر الأكثر دقة وخوارزميات الاتصال. ③ تطوير نماذج حاسوبية أكبر. اعتماد نموذج متعدد الفيزياء (التأثير الحراري والتفاعل الصلب مع السائل). ⑤ استمر في إدخال البرامج الحسابية على أجهزة كمبيوتر ومحطات عمل جماعية متوازية بشكل كبير.

1. تطورات جديدة في الخوارزمية على الرغم من أن الكفاءة الصناعية واستقرار البرنامج الحديث لمحاكاة تحطم العناصر المحدودة الصريحة قد وصل إلى مستوى كبير ، لا يزال هناك مجال كبير للتحسين والارتقاء.تطوير الخوارزمية. سيتم تقديم العمل المنجز في هذا المجال على النحو التالي.
1.1 محاكاة الاتصال
يجب التأكيد على أنه في محاكاة الاصطدام ، تعد محاكاة الاتصال الصحيحة والكاملة بين الكائنات شرطًا أساسيًا لنجاحها. لكنومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن محاكاة جهات الاتصال هي دائمًا أكثر البرامج صعوبة وتعقيدًا ، سواء كانت تستخدم برنامجًا أحادي المعالج (أو ذاكرة مشتركة متوازية) أو مهمة برنامج ذاكرة موزعة على نطاق واسع. في الحالة الأولى ، يجب التعامل مع حد التلامس "للجدار الصلب" أو "سطح التلامس الزلق" بأكبر قدر ممكن من العقلانية حتى يكون الحساب فعالاً دون فقدان الدقة والموثوقية. بالنسبة لخوارزميات التلامس الخاصة بنوع سطح التلامس المنزلق ، فقد ثبت أن طريقة التعويض المعاقبة هي الأكثر استخدامًا. يتمثل الاتجاه الحالي للتنمية في محاولة جعل هذه الطريقة واضحة قدر الإمكان للمستخدم النهائي ، ولا سيما بشأن الحاجة إلى التغلب على الصعوبات المصادفة لتلبية متطلبات الكفاءة والدقة في الحسابات. مقارنة إدارة التلامس مع الوسائد الهوائية باستخدام خوارزميات الاتصالأصلي ومحسّن مع تعويض جزائي.
لتجميع البرامج المتوازية واسعة النطاق ، يمكن بسهولة موازاة برنامج العناصر المحدودة الصريحة باستخدام تقنية تقسيم المنطقة الأوتوماتيكية الفعالة. يحتاج كل معالج متوازي إلى قدر ضئيل من الاتصال مع المعالجات الأخرى لأداء عدد كبير من الوظائف من نفس الطراز. نظرًا لأن منطقة التلامس المحددة ليست ثابتة (عندما يتشوه الهيكل ، ترتبط أجزائه المنفصلة مبدئيًا ببعضها البعض) ، سيصبح تقسيم المنطقة الأصلية قريبًا غير قابل للتطبيق ، وإذا استمر تنفيذ حساب جهة الاتصال الأصلي ، فسيؤدي ذلك إلى لنقل المعلومات الزيادة الهائلة في الحجم والتوزيع غير المتكافئ للغاية لعبء العمل. لذلك ، يعد التوازي أحد الأعمال المهمة على الواجهة المتوازية بشكل كبير لبرامج محاكاة الأعطالفعالية خوارزميات الاتصال.
1.2 خوارزمية التباين الذاتي للشبكة
في محاكاة الاصطدام لأجزاء وهياكل الألواح الرقيقة ، يتمثل الغرض الأساسي من تقنية خوارزمية التباين الذاتي للشبكة في تحسين شبكة العناصر المحدودة للشبكة الرقيقة تلقائيًا ومحليًا قذيفة بالقرب من منطقة تشوه كبيرة. عملة. في محاكاة ختم الصفائح المعدنية الصناعية ، تم حل هذه المشكلة. يستخدم برنامج محاكاة ختم الرقائق PAM-STAMP موحدًا

والاختيار التلقائي لشبكة الغلاف الرقيقة. التخفيف والتكبير إجراءات.
السبب الأول الذي يجعل من الصعب تطبيق الخوارزميات المستقلة عن الشبكة على عمليات محاكاة الأعطال هو أن قابلية تكيف الشبكة يجب أن تكون متوافقة مع مجموعة واسعة من عمليات التلاعب في جهات الاتصال وخيارات الاتصال.ر / تأثير جدار صلب. على الرغم من أن الاتصال هو الآلية السائدة لختم الصفائح المعدنية ، نظرًا لهندسة الأداة المستخدمة والافتقار الأساسي للتلامس القسري للصفائح المعدنية ، فإن المعالجة تكون مباشرة نسبيًا. في محاكاة التصادم ، غالبًا ما تحدث اتصالات القوة الذاتية بأعداد كبيرة ويصعب على خوارزميات التباين الذاتي للشبكة تصحيحها.
السبب الثاني لعدم ملاءمة خوارزمية التباين التلقائي للشبكة لمحاكاة التصادم ، حتى وإن كانت خطيرة ، هو وجود قيود في الزوايا البلاستيكية أو مناطق الاصطدام. أي ، في الحساب الفعلي ، تكون صلابة منطقة الشبكة المكررة أقل من تلك الموجودة في الشبكة الخشنة الأصلية ، ويمكن زيادة الزوايا البلاستيكية ومناطق الاصطدام للشبكة غير المكررة أو تقليلها مخفية بواسطة منطقة الصقل التي تحسب المقاومة. لذلك ، لتجنبهذا القيد ، يجب اختيار معايير الصقل بعناية ويجب ألا تكون الشبكة الأصلية خشنة للغاية.
تتضمن أمثلة تطبيق خوارزمية الشبكة ذاتية التباين التأثير المحوري للأعمدة ذات الشكل المربع الرقيق الجدران (الشكل 2 أ) ، ودراسة الزوايا البلاستيكية ذات الإجهاد الكبير في إطارات على شكل حرف S (الشكل 2 ج) ) وختم الصفائح المعدنية (الشكل 2 د).
يحظى تصميم نماذج المواد المختلفة ومعايرتها والتحقق منها لوصف سلوك سبائك الألومنيوم والبلاستيك والرغاوي والمطاط والمركبات باهتمام متزايد. يتضمن برنامج PAM-SOLID نماذج لوصف سلوك هذه المواد.

ثانيًا ، سيركز ما يلي على تقديم العديد منها.
2.1 نموذج المرونة / معدل الإجهاد / الضرر
تستخدم طريقة العناصر المحدودة لبرنامج PAM-SOLID مجموعة متنوعة من نماذج المواد المرنة.الخواص الخواص والمتباينة الخواص توقف البلاستيك والأضرار مع معدلات الإجهاد. يوضح الشكل 3 قانون الإجهاد والانفعال العام للمادة. يوضح الشكل 3 أ منحنيات الاستجابة والضرر. من حيث المبدأ ، يمكن تطبيق القانون على مجموعة متنوعة من المواد. قانون الإجهاد الأساسي غير التالف. تقليل قوة المادة. وصف الضرر العام الموضح هنا بواسطة Lemaitre-Chboche ، وقد تم تطبيق النموذج على أي مادة ، مثل المعادن والبلاستيك والمواد المركبة والرغاوي. حاليًا ، بالتعاون مع جامعة Valenciennes ، نستخدم نموذج تلف Gurson للمعادن المطيلة لوصف آثار تشوه البلاستيك وتنوي ونمو واندماج microvoids في المواد على سلوك المواد. في نماذج القياس المختلفة ، تأثير الفراغ أو الضرر على الإجهاديظهر te في FIG. 3 ب.
2.2 سبائك الألومنيوم
يمكن وصف السلوك البلاستيكي لسبائك الألومنيوم باستخدام دالة الإنتاج غير التربيعية لـ Hill (1990) والتي يمكن استخدامها للمواد متباينة الخواص ، كما هو موضح في الشكل 4. PAM-STAMP اعتمد البرنامج هذا النموذج وتم استخدامه لمحاكاة السحب العميق لألواح الألومنيوم.
2.3 البلاستيك
أثناء عملية محاكاة اختبار شد إجهاد السطح على المواد البلاستيكية ، تُظهر المواد البلاستيكية العامة سلوكًا مرنًا للبلاستيك في البداية تليين ثم تصلب. أولاً ، يتم استخدام نموذج العناصر المحدودة لمحاكاة خطوة التليين على منحنى الإجهاد والانفعال في اختبار الشد (الشكل 5 أ). بمجرد أن ينخفض ​​إجهاد البلاستيك إلى ما دون معامل الظل Et ، يحدث عدم استقرار البلاستيك (التعنق). عندما يصل تشوه البلاستيك إلى حد معينتمزق ، سيؤدي عدم الاستقرار هذا بسرعة إلى تركيز التشوه البلاستيكي وإلى تمزق العينة. ثانيًا ، قم بتعديل منحنى التقسية البلاستيكي الأصلي (الشكل 5 ب) لتقوية الشكل. يتم تشكيل قوة تشوه بلاستيكية أعلى ، وبالتالي فإن حالة إجهاد المستوى σ = Et من التعنق تقتصر على نطاق ε1 <<2. لا يزال الانكماش الأولي يتطور كما كان من قبل ، لكن تصلب المادة الآن يزيل الانكماش عندما يمتد العنصر المحدود في منطقة الانكماش فوق إجهاد البلاستيك ε2. وبالتالي ، يمتد الانقباض إلى العناصر المحدودة المحيطة ويغزو تدريجياً العينة بأكملها.
2.4 مواد أخرى
لوصف حواجز الصدمات الجانبية والوسائد والرغوة الميكانيكية للجلد الوهمي ، وما إلى ذلك ، يحتوي برنامج PAM-SOLID على مجموعة متنوعة من النماذج المناسبة لمحاكاة التمزق والضغط ولزوجة لزجة. تشوه هذه المواد والسلوك المعتمد على السرعة.
هناك أيضًا العديد من نماذج المواد فائقة اللدائن وشبه غير القابلة للضغط لوصف المواد المطاطية والمواد المطاطية ، مثل الإطارات وحوامل المحرك والأجزاء الوهمية.
لمحاكاة تحطم المواد المقواة بالألياف ، توجد بالفعل نماذج للمواد الهشة التالفة. تم تمديد هذه النماذج أيضًا لوصف المواد المركبة الأخرى.
بالطبع ، لا تزال كل هذه النماذج المادية بحاجة إلى التحسين. ستستمر نماذج المواد الجديدة في الظهور لتلبية الاحتياجات المتزايدة للقطاعات الصناعية المختلفة لتحسين منتجاتها المحددة.

3. تصميم تصادم مفاهيمي
هناك اتجاه مثير للاهتمام في محاكاة الاصطدام وهو أن الصناعة في حاجة متزايدة إلى وسائل بسيطة لمحاكاة الاصطدامق ، وخاصة في المراحل الأولى من تصميم معدات النقل. في الوقت الحاضر ، تؤكد معظم ممارسات محاكاة الاصطدام الحالية على المرحلة النهائية ، أي استخدام عدد كبير من نماذج العناصر المحدودة العالمية (من 20000 إلى 100000 عنصر محدد أو أكثر) للتحقق من أداء التصادم النهائي للهيكل المصمم. ومع ذلك ، عند تصميم هيكل لأداء الأعطال ، قد لا تتوفر المعلومات والوقت اللازمين لإنتاج نموذج فحص تحطم مفصل. لذلك ، يفضل اتباع نهج مبسط.
أحد الأمثلة على تصميم التصادم المفاهيمي هو عمود الصندوق. تعمل مجموعة ESI حاليًا على واجهة المستخدم الرسومية اللازمة لهذا التصادم المفاهيمي ، استنادًا إلى برنامج عدم الاستقرار الديناميكي الفائق (PAM-SUPERFOLD) الذي تم تطويره بالتعاون مع University of Vaلينسين. في هذه الواجهة ، يمكن للمستخدم إدخال سمك الجدار وخصائص المواد لعمود الصندوق. باستخدام برنامج ديناميكي فائق المرونة ، يتم حساب استجابة تأثير المكونات لعدم الاستقرار المحوري أو ظروف الحدبة العميقة. برنامج آخر ، PAM-OPT ، قيد التطوير حاليًا ، يجعل من الممكن أيضًا الحصول على الاستجابة المثلى المرغوبة عن طريق التغيير التلقائي لمجموعة من معلمات تحسين الإدخال والحد من المتغيرات. ثم يمكن تقسيم الأجزاء ذات السماكة المحددة تلقائيًا إلى شبكات عناصر محدودة ثم إدخالها في برنامج العناصر المحدودة PAM-CRASH للحساب والتحقق. يمكن أن تدمج عملية تصميم التصادم اللاحقة منحنيات استجابة مكونات الاصطدام من الخطوة السابقة في نموذج الشعاع / العضو المرن غير الخطي أو المدمج ثلاثي الأبعاد المصمم خصيصًا في برنامج التصادم. الخطوات اللاحقةتشكل هذه الانتقال من تصميم الاصطدام المبكر إلى العقد الهيكلية ، التي تحتوي مكوناتها على هندسة حقيقية ، وقطع ، ووصلات ، وما إلى ذلك. خلال هذه المرحلة الهجينة ، يمكن تحسين الشبكة في المناطق الحرجة بينما يتم تصميم باقي الهيكل بشكل تقريبي فقط. . الخطوة الأخيرة ، يتم التحقق من صحة التصميم العام باستخدام النموذج الأكثر تفصيلاً.

4. من حيث السلامة
بالإضافة إلى نماذج حواجز الصدمات المشوهة المطورة (الصدمات الجانبية والصدمات الأمامية) ونماذج الدمية الميكانيكية المختلفة (المركب III ، نوع الصدمات الجانبية الأوروبية ، نوع التأثير الجانبي الأمريكي ، نوع التأثير الجانبي البيولوجي ونوع الطفل ، إلخ) ، كما تم تطوير نماذج ميكانيكية حيوية لجسم الإنسان. من المحتمل أن يتم تطوير العمل في هذا المجال لأن محاكاة النماذج البيولوجية لجسم الإنسان هي الطريقة الوحيدة للحصول على استجابة مباشرة لحادث ما. تم تطوير مجموعة ESIهذه النماذج ppe (على سبيل المثال: الرأس والساقين). يشتمل نموذج الساق الأولي على نماذج العظام والأربطة والأوتار والعضلات.

ف. الاستنتاج لا يمكن استخدام تقنية وبرنامج محاكاة الأعطال بنجاح في محاكاة حوادث السيارات فحسب ، بل أيضًا في العديد من المجالات الأخرى ذات الصلة. على سبيل المثال ، مواد تغليف التوسيد المصممة لإسقاط الثلاجات ، ومحاكاة اختبار السقوط للأجهزة المنزلية (مثل أجهزة الكمبيوتر الصغيرة) لتقدير الأضرار التي لحقت بالمكونات الحساسة ، ومحاكاة الاصطدام للهيكل السفلي الصعب لاستكشاف الفضاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تفاعل الإطارات عند التدحرج على المطبات ، واستجابة تأثير السلع الرياضية ، واستجابة تأثير الجسور ، والرافعات ، وحواجز الحماية ، والحاويات ، والقطارات ، والسفن ، والشاحنات ، والجرارات ، والدراجات وما إلى ذلك يمكن أن تستخدم جميعها هذه التقنيةology. في الواقع ، يستمر نطاق تطبيقات برامج محاكاة التصادم والصدمات في التوسع.

تعرف على المزيد حول أدوات اختبار سلامة السيارات: http://manikin.cn/productlist/list-5-1.html