Q/SZJ191001-2017約束系統(tǒng)建模及分析規(guī)范TherestraintsystemModelingandAnalysisSpecification20XX20XX-12-31實(shí)施20XX-11-27發(fā)布XXXX汽車工程技術(shù)有限公司發(fā)布Q/SZXX-X-2017約束系統(tǒng)建模及分析規(guī)范范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了術(shù)語和定義、約束系統(tǒng)建模及分析的要求及方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于本公司約束系統(tǒng)建模及分析。規(guī)范性引用文件無。術(shù)語和定義無摘要ABSTRACT本Thisspecificationdescribesthepassengercarrestraintsystemsimulationanalysis.Itassessesthedevelopmentofthevehicleoccupantsafetytomeetthedevelopmenttarget.ThespecificationismainlyaimedatGB,C-NCAPandE-NCAP.流程圖PROCESSFLOWDIAGRAM項(xiàng)目項(xiàng)目啟動(dòng)ProjectStart技術(shù)性能確認(rèn)Technicalperformanceconfirmation乘員安全分值分解Occupantsafetyscoredecomposition整車仿真結(jié)果分析Vehiclesimulationresultanalysis建立約束系統(tǒng)概念模型Establishaconceptualmodelofrestrainsystem模型邊界加載Modelingboundaryloading模型校核ModelVerification模型優(yōu)化分析Modeloptimizationanalysis分析報(bào)告Analysisreport基礎(chǔ)滑臺(tái)試驗(yàn)Basicsledtest模型對(duì)標(biāo)Modelcorrelation氣囊、安全帶、轉(zhuǎn)向管柱參數(shù)仿真優(yōu)化Parameteroptimizationofairbag,seatbeltandsteeringcolumn優(yōu)化報(bào)告OptimizationReport優(yōu)化評(píng)審OptimizationReview滑臺(tái)試驗(yàn)SledTest圖1分析流程圖FlowDiagramofanalysis工具描述TOOLDESCRIPTION仿真分析過程中需要用到的如下軟件:Thefollowingsoftwarefacilitatestheanalyticalsimulationprocess:前處理(Preprocessors):Madymo,HyperMesh求解器(AnalysisCode):Madymo后處理(Postprocessors):Hyperview,Hypergraph,Madymo建模和分析過程MODELING/ANALYSISPROCEDURE單位Units分析中所用單位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) 牛質(zhì)量(Mass) 千克長(zhǎng)度(Length) 米m時(shí)間(Time) 秒Second內(nèi)容Contents約束系統(tǒng)仿真分析模型包含座椅總成、安全帶總成、儀表板總成、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、地板、防火墻、駕駛員側(cè)車門、A柱、B柱、C柱、風(fēng)擋、假人及加載設(shè)置。Restraintsystemmodelcontainsseat,seatbelt,IP,steeringsystem,floor,firewall,driversidedoor,A,B,Cpillar,windshield,dummy,andloadingsetup.坐標(biāo)系CoordinateSystems有限元模型采用標(biāo)準(zhǔn)的笛卡爾整體坐標(biāo)系，當(dāng)測(cè)量加速度、速度和侵入量時(shí)，可能需要采用局部坐標(biāo)系。TheFiniteElementmodelsshouldusethestandardglobalCartesiancoordinatesystem.Whenmonitoringaccelerations,velocities,anddisplacements,localcoordinatesystemsmaybeused。建模技巧ModelingTechniques正面碰撞建模輸入FrontalImpactModelingInput約束系統(tǒng)仿真模型可從整車碰撞CAE模型中提取，將有限元模型導(dǎo)入CAE分析的前處理軟件，提取相關(guān)部位包括：座椅總成、安全帶總成、儀表板總成、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、地板、防火墻、踏板、制動(dòng)、A柱、B柱、C柱、風(fēng)擋等數(shù)據(jù)，建立正面約束系統(tǒng)基礎(chǔ)模型。如圖2所示。RestraintsystemmodelcanbeextractedfromthefullvehicleCAEmodel,importtheFEmodelintothepre-processor,itshouldbecontain:seat,seatbelt,IP,steeringwheel,floor,firewall,panel,brakesystem,A,B,Cpillar,windshield.,etc,.createthefrontaloccupantrestraintsystem.圖2正面仿真模型Frontalsimulationmodel碰撞建?？梢园凑杖缦录軜?gòu)搭建約束系統(tǒng)模型，方便后期及其他設(shè)置的更改和替換，如圖3。Themodelcanbecreatedasfollows.Thatwillmakethemodificationandreplacementfasterinthefuture.FrontalModelFrontalModelVehicleSystemDummySystemRestraintSystemFacetQDummyAirbagBeltWS/RoofSeatFloorVehicle/PulseSteeringIP圖3正面模型架構(gòu)圖FrontModelingFramDiagram建立約束系統(tǒng)模型車體系統(tǒng)VehicleSystem簡(jiǎn)化的車體系統(tǒng)主要包括如下部件Asimplevehiclesystem：VehicleFloorFirewallSeatIP(InstrumentPanel)Windshield/Roof圖4簡(jiǎn)化的車體模型AsimplevehicleModeling車體系統(tǒng)鉸鏈關(guān)系如圖5所示：Thejointrelationsasfollows.J.FreeJ.FreeJ.FreeJ.FreeJ.BrackJ.RevoJ.FreeJ.BrackJ.BrackW/SIPSteeringFloorSeatMountAnchorRetractorD-RingSeatCushionJ.RevoSeatBackStalkHeadRestraintBuckleJ.Tran_RevoJ.TranJ.RevoRef_SpaceJ.FreeVehicle圖5車體鉸鏈關(guān)系子系統(tǒng)建模順序：Sub-modelmodelingsequence.根據(jù)整體坐標(biāo)下的位置，確定各個(gè)運(yùn)動(dòng)鉸的相對(duì)位置關(guān)系；Accordingtotheglobalcoordinatesystem,setuptherelationofthejoint.定義各個(gè)BODY的屬性；definetheBODYproperties確定各個(gè)BODY的運(yùn)動(dòng)鉸鏈接關(guān)系；definetheBODYjointrelations給各BODY賦予形體（為Plane,檢查Plane的Normal）;definetheshapeofBODY定義接觸剛度；definecontactstiffness定義Restraint;definerestraint定義Group.DefineGroup建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型steeringwheelmodeling轉(zhuǎn)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖如圖6所示。圖6轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖steeringsystemlayout轉(zhuǎn)向系統(tǒng)鉸鏈關(guān)系如圖7所示：X_MemberMtg_BrktUp_ColumX_MemberMtg_BrktUp_ColumnLow_ColumnInter_JointKeysetTiltRim_TopHubRim_BottomJ.FreeREF_SpaceJ.RevoJ.TranJ.RevoJ.BraoJ.RevoJ.RevoJ.RevoJ.TranJ.UnivA:0.0465B:0.099A:0.0465B:0.099C:0.02523D:0.0597E:0.1664F:0.0932G:0.2836圖7轉(zhuǎn)向系統(tǒng)鉸鏈關(guān)系布置圖steeringsystemjointlayout轉(zhuǎn)向系統(tǒng)表面模型定義(steeringsystemcontactdefinition):Wheelrimlocalcoordinatesystem方向盤輪緣、輻條接觸特性加載、鉸鏈的約束加載：WheelrimlocalcoordinatesystemContactcharacteristicofwheelrim,hub,cover,collapsedcolumnRevo_Tran_jntRevo_jntRevo_jntFree_jntTran_jntRevoluteandtranslationaljointisforthedeformationoftheheadrestraint.Therestraintsareappliedonthejoint.Initialfree.Revo_Tran_jntRevo_jntRevo_jntFree_jntTran_jntRevoluteandtranslationaljointisforthedeformationoftheheadrestraint.Therestraintsareappliedonthejoint.Initialfree.HeadRestraintSeatBackSeatCushionTrackMountVehicleRevolutejontisforthedeformationoftheseatback.Therestraintisappliedonthejoint_Initialfree.Revolutejontisforthedeformationoftheseatcushion,initialstatusisfreebutrestrainted.Freejointisthelinkoftheseattovehicle,initiallock.圖8座椅建模圖解seatmodeling座椅的接觸特性及鉸特性:seatcontactdefinitionandjointproperties接觸特性：contactcharacterSeatcushion的接觸特性；contactcharacteristicsofseatcushionSeatback的接觸特性；contactcharacteristicsofseatbackHeadrestraint的接觸特性；contactcharacteristicsofheadrestraint鉸的Restraint特性:Thejointrestraintcharacteristics假人定位DummypoisoningInitialJointPositon:Dummy_jntD1:2.1D2:0.3InitialJointPositon:Dummy_jntD1:2.1D2:0.3D3:0.33Elbow_jntR2:0.7radKnee_jntR2:-0.35radOrientation：Dummy_jntOrientation：Dummy_jntAXIS1:Z:3.141radAXIS2:Y:0.436radHip_jntAXIS1:Y:0.05radAnkle_jntAXIS1:Z:-0.1rad圖9假人定位圖解Dummypositioning由于建模中的簡(jiǎn)化座椅模型，使假人與座椅之間的穿透跟實(shí)際產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致初始穿透力產(chǎn)生誤差，對(duì)假人的髖部初始加速度有較大的影響；試驗(yàn)中測(cè)量數(shù)據(jù)的局限，不能測(cè)量出假人各個(gè)鉸的自由度參數(shù)值，特別是頸部位置的測(cè)量難度比較大，很多情況下，沒有給出這些部位的測(cè)量數(shù)值，從而使假人頸部初始力和扭矩，以及頭部初始加速度有較大的影響。Thesimplifiedseatmodelmakesthepenetrationbetweendummyandseatdifferent,itwillleadsomedifferencetotheinitialpenetrationforce,andmakegreatinfluenceontheinitialaccelerationofdummyhip;duotothelimitationofmeasurementdatainthetest,itcan'tmeasurethedegreesoffreedomvaluesofeachdummyhinge.Especiallyforneckpositionmeasurement,inmostofcase,itdidnotshowthemeasurementdataofneck,sothatmakesthedummyneckinitialforce,torque,andtheheadoftheinitialaccelerationhasgreatereffect.安全帶系統(tǒng)建模seatbeltmodeling安全帶建?？蚣苋缦聢D：Free_jntFree_jntFree_jntFreejointisforpositioningtheretractor,initiallocked.TranslationjointisforbeltpretensionerandloadLimiterrestraintcharacteristics.Revo_jntTran_jntVEHICLERetractorPretensionerLoadLimiterDringAnchorOptionalFreejointisforpositioningtheanchor,initiallocked.圖10安全帶建模框架圖解SeatbeltModelingFramDiagram多體安全帶模型的建立：Multi-bodyseatbeltmodeling安全帶固定點(diǎn)坐標(biāo)（相對(duì)于地板體坐標(biāo)系）Seatbeltfixpoint(relevanttothefloorCS)Retractorpoint:1.00.60.1D-ringpoint:1.10.550.8Bucklepoint:0.750.10.15Anchorpoint:0.80.550.0圖11多體假人與多體安全帶DummyandseatbeltIS(IIS(InitialStrain)AL(AdditionalLength)Shoulderbelt:IS=0;AL=0Lapbelt:IS=0.04;AL=0.201BTFriction:D-ring:0.05Buckle:0.2Others:0.1卷收器鎖止條件：安全帶織帶拉出速度>=0.5ms-1安全帶織物剛度0.000.00.0126000.0240000.0460000.0676000.0890000.10100000.1211200安全帶卷收器FilmSpool效應(yīng)0.0000.00.04010000.06515000多體安全帶Segments的調(diào)整：Multi-seatbeltsegmentsadjustmentBelt1:Retractor到D-ring的Beltsegment,D-ring到肩帶上端的Beltsegment;Belt2:肩帶下端到Buckle的Beltsegment,Buckle到腰帶右側(cè)的Beltsegment;Belt3:腰帶左側(cè)到錨點(diǎn)的Beltsegment;修改FE安全帶的Material特性；注意：需要保證多體安全帶的剛度特性與FE安全帶的Material特性具有一致性安全帶特性曲線：seatbeltcharacteristicscurve圖12FE安全帶建模和定位FEseatbeltmodelingandposition圖14鎖止卷收器的圖14鎖止卷收器的Filmspool效應(yīng)和Webgrabber特性比較圖13安全帶webbing剛度seatbeltwebbingstiffness圖15PayinTime圖16ForcePayout圖17Limitforce安全氣囊系統(tǒng)AirbagsystemAirbagMesh(referencemesh&Initialmesh)Tetherlengthandcharacteristics(長(zhǎng)度和特性)Folding&scaling(折疊式/縮放式)Inflator(UP,Gasflow,Massflowrate,Temperature)VentholeTTF圖18氣囊網(wǎng)格到折疊圖解airbagflatmeshtothefoldingMountingTableLoadCell:ThrustForceMountingTableLoadCell:ThrustForceInflatorTank-Pressure-Temperature圖19氣體發(fā)生器Inflator的特性inflatorcharacteristics正面40%可變形壁障碰撞建模Frontalimpacttestagainstdeformablebarrierwith40%ODB建模理論依據(jù)，剛體自由運(yùn)動(dòng)的加速度關(guān)系：JOINT_FREE→JOINT_FREE_ROT_DISP輸入加速度信號(hào)：ACC_X,ACC_Y,ACC_Z,ACC_ANG_X,ACC_ANG_Y,ACC_ANG_Z初始加速度:INITIAL.JOINT_VELTrunkTrunkB-pillarRightB-pillarLeftEngineODB建模所需要測(cè)量的加速度：DirectionPositionX(i)Y(j)Z(k)B-pillarLeft(1)Acc_L_xAcc_L_yAcc_L_zB-pillarLeft(2)Acc_R_xAcc_R_yAcc_R_zTrunk(3)Acc_T_yAcc_T_zAccelerationatRearCenterPoint(已知數(shù)據(jù)：1i,2i,1j,2j,3j,1k,2k,3k)各向加速度的計(jì)算公式：Acc_χ=(Acc_L_χ+Acc_R_χ)/2Acc_y=(Acc_L_y+Acc_R_y)/2Acc_z=(Acc_L_z+Acc_R_z)/2Acc_Ang_y=(Acc_T_z-Acc_z)/Disp(Trunk-B_pillar)Acc_Ang_z=(Acc_T_y-Acc_y)/Disp(Trunk-B_pillar)AccelerationatRearCenterPoint(已知數(shù)據(jù)：1i,2i,1j,2j,3k)各向加速度的計(jì)算公式：Acc_χ=(Acc_L_χ+Acc_R_χ)/2Acc_y=(Acc_L_y+Acc_R_y)/2Acc_Ang_z=(Acc_R_x-Acc_L_z)/Disp(RearR-RearL)Acc_Ang_y=Acc_T_z/Disp(Trunk-Engine)Acc_z=Acc_T_z–Acc_Ang_y*Disp(Trunk-Rear)模型驗(yàn)證ModelValidation驗(yàn)證的目的：validationpurpose驗(yàn)證就是為了得到一個(gè)良好的模型，讓該模型能夠真實(shí)反映碰撞的物理過程；同時(shí)加深對(duì)碰撞過程的了解。評(píng)價(jià)Madymo模型的好壞取決于能否真實(shí)反映物理碰撞過程；良好的Madymo模型可以預(yù)測(cè)不同設(shè)計(jì)方案對(duì)乘員的保護(hù)效果；良好的Madymo模型可以用于約束系統(tǒng)的參數(shù)靈敏度分析和優(yōu)化、碰撞波形及Ride—down效率的分析。驗(yàn)證方法：1.零部件驗(yàn)證：主要是驗(yàn)證部件的力學(xué)（剛度）特性；2.整體模型驗(yàn)證：主要是為了保證模型的質(zhì)量，使模型得到的響應(yīng)盡可能的接近試驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到真實(shí)碰撞的再現(xiàn)。1.Componentvalidation:validatethepartmachinalcharacteristics2.Fullmodelvalidation:tocheckthemodelqualitytomakesuretheresponseclosertothetest,andreflectingthereality.以正面碰撞模型的驗(yàn)證為例Infrontalimpactmodel遵循的原則：遵循實(shí)際碰撞中的接觸順序Followtheactualimpactcontactsequence驗(yàn)證的原則：“從下到上”，即大腿力、腰帶力、髖部加速度、肩帶力、胸部加速度、頭部加速度。Validationmethod:Frombottomtoupper.Femurforce,abdomenforce,pelvisacceleration,shoulderforce,chestacceleration,headacceleration.驗(yàn)證的基本特征：起始時(shí)刻、峰值時(shí)刻、峰值、形狀及脈寬Validatefeatures:startingtime,peaktime,peakvalue,plustendency試驗(yàn)數(shù)據(jù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性限力器大小預(yù)緊時(shí)間TTF起始點(diǎn)、形狀、峰值、峰值時(shí)間、脈寬接觸時(shí)間、峰值、峰值時(shí)間、形狀X-向、Z-向、形狀、峰值、峰值位置、脈寬座墊、地板、防火墻、膝墊、方向盤、管柱、安全帶、卷收器、預(yù)緊器、限力器、安全氣囊正面碰撞模型驗(yàn)證流程部件驗(yàn)證整體模型驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)/Picture/高速攝影分析安全帶受力大小腿受力髖部加速度胸部加速度頭部加速度圖20模型驗(yàn)證流程圖ModelingValidationDiagram側(cè)面模型SideModel駕駛員側(cè)座椅總成、安全帶總成、駕駛員側(cè)車門、地板、踏板、制動(dòng)、A柱、B柱、C柱、等數(shù)據(jù)，建立側(cè)面約束系統(tǒng)基礎(chǔ)模型,即原件的選擇。Driverseat,seatbelt,driversidefrontdoor,floor,panel,brakesystem,A,B,Cpillar.,etc.createthesideoccupantrestraintmodel.圖21側(cè)面仿真模型SidesimulationmodelAltairHypermeshAltairHypermeshCADdataModelcorrelationCorrelatedMADYMOmodelMaterialsupplierdataDynamictestfoampaddingAltairHypermeshAltairHypermeshCADdataModelcorrelationCorrelatedMADYMOmodelMaterialsupplierdataDynamictestDoortrimpanelseatseatSidestructurePrescribedmotionCorrelatedairbagmodelAltairHypermeshCADdataModelcorrelationCorrelatedMADYMOmodelMaterialsupplierdataDynamictestMADYMOdummymodelmodelcorrelationMADYMOsideimpactmodelDynamictestFullscalesideimpact圖22建模流程Modelingprocess結(jié)果輸出RESULTSOUTPUT動(dòng)畫/圖片輸出animation/pictureout取車體系統(tǒng)包括假人系統(tǒng)的左視圖、右視圖、ISO視圖等。動(dòng)畫在*.kn3中，可通過Hyperview打開查看；輸出零時(shí)刻、氣囊點(diǎn)火時(shí)刻、假人與氣囊開始接觸時(shí)刻、假人運(yùn)動(dòng)最大時(shí)刻、假人回彈與氣囊分離時(shí)刻的車體及假人系統(tǒng)的左視圖、右視圖。曲線輸出curvesoutput需要輸出下列曲線：假人頭部、胸部、髖部的x、y、z方向和合成加速度曲線，此曲線在*.lac中可以查看；胸部壓縮量的曲線，此曲線在*.rds中可以查看，取CFC180；安全帶肩帶力與腰帶力的曲線，此曲線在*.frc中可以查看。肩帶力取sgDring2Shou，腰帶力取sgLap2Anch，力取合成力；轉(zhuǎn)向管柱壓潰力的曲線，此曲線在*.rtf中可以查看；轉(zhuǎn)向管柱壓潰量的曲線，此曲線在*.jps中可以查看；氣囊的壓力曲線，此曲線在*.fhs中可以查看；假人頭部與方向盤上輪緣、下輪緣、cover的距離變化曲線，在Hyperview中測(cè)量；假人胸部部與方向盤下輪緣的距離變化曲線，在Hyperview中測(cè)量；假人大腿與IP的距離變化曲線，在Hyperview中測(cè)量；安全氣囊與假人的接觸力曲線，此曲線在*.cntfrc中可以查看。假人傷害值列表輸出dummyinjurydataoutput頭部Head（1）頭部傷害指標(biāo)Headinjurydata頭部傷害指標(biāo)HIC是對(duì)頭部重心的合成加速度曲線進(jìn)行積分，積分時(shí)間窗口為36ms。在結(jié)果文件*.peak中，sHybrid_III_50th/HIC36_inj即為計(jì)算出來的HIC36的值，sHybrid_III_50th/HIC15_inj為計(jì)算出來的HIC15的值。（2）頭部合成加速度Headresultantacceleration頭部A3ms指濾波后的頭部重心處合成加速度在任意持續(xù)3ms時(shí)間段內(nèi)最小值中的最大者。在結(jié)果文件*.peak中，sHybrid_III_50th/T3MS_inj_Head即為計(jì)算出來的頭部A3ms的值。頸部Neck（1）頸部剪切力和張力Fx、Fz結(jié)果文件*.peak中的sHybrid_III_50th/NeckUp_Fx_lce和NeckUp_Fz_lce即為計(jì)算出來的Fx、Fz的最大值。（2）頸部彎矩My結(jié)果文件*.peak中的sHybrid_III_50th/FNICbending_inj的負(fù)值即為My的最大值。胸部chest（1）胸部變形Chestdeflection在結(jié)果文件*.peak中，sHybrid_III_50th/ChestDeflection_dis即為計(jì)算出來的胸部壓縮量的最大值。（2）胸部合成加速度chestresultantacceleration胸部A3ms指濾波后的胸部合成加速度在任意持續(xù)3ms時(shí)間段內(nèi)最小值中的最大者。在結(jié)果文件*.p