乘员保护地毯建模

2021年4月19日
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在前碰中,地毯对乘客的脚有支撑作用,并且地毯还会吸收碰撞能量,这时地毯被压缩;另外地毯在惯性作用下也会处于拉伸状态。因此在碰撞中地毯处于拉伸和压缩状态的两种状态。在乘员保护有限元模型中地毯会影响乘员腿部的运动学,从而影响腿部在碰撞中的载荷。
为匹配地毯这一特性,需要采用一种独特的方法来对地毯进行分建模,即允许对地毯进行拉伸和压缩行为。
地毯一般为多层结构,下面就以三层结构为例。研究表明地毯的拉伸强度主要来自外层,而地毯的压缩性能主要体现在中间层。因此我们在有限元建模时,可以采用三层结构来模拟地毯:外层提供拉伸强度,中间层提供压缩强度。这样地毯的模型可以匹配不同的载荷状态。

乘员保护地毯建模

 

所以地毯的外层选择了*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY的材料模型,用来模拟地毯的拉伸性能,而中间层使用*MAT_FU_CHANG_FOAM材料来模拟,地毯的压缩与典型的泡沫类似。具体是顶层和底层采用2mm的壳单元,中间使用6mm厚的实体单元。

乘员保护地毯建模

截取地毯试样进行拉伸和压缩试验。从结果看,地毯的拉伸和压缩载荷特性差异很大,图中坐标均已标准化。
乘员保护地毯建模
然后可以建立简单的CAE模型对材料模型进行拉伸和压缩。进行拉伸,然后回到原始位置,压缩也同样。

乘员保护地毯建模

可以看出,当地毯在拉伸加载时,模拟结果与试验数据非常吻合。一般来说,地毯在碰撞中不会失效,因此仿真中不考虑失效。地毯压缩的模拟结果与试验结果也非常匹配,并且在较高的压缩值下能保持稳定。

乘员保护地毯建模

将上面建立的地毯模型应用到前碰乘员保护模型中,来考察乘员的小腿胫骨指数的变化。

乘员保护地毯建模

进行两次模拟,一次是带有地毯,另一次是没有地毯,通过对比来考察地毯对小腿伤害的影响。通过对比,带有地毯仿真模型的结果更加接近于试验。可以说采用这种地毯建模方法能够很好地模拟地毯的拉伸和压缩性能,得到的小腿伤害也更加准确。

乘员保护地毯建模

weinxin
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