搜索
ABAQUS软件在汽车领域应用的特点一总体介绍美国ABAQUS软件公司成立于1978年，总部位于美国罗德岛博塔市，专门从事非线性S的开发与维护。有限元力学分析软件ABAQU公司总部雇员四百余人，其中近90人具有工程或计算机博士学位，近60人具有硕士学位，被公认为世界上最大且最优秀的固体力学研究团体。ABAQUS软件已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群。随着研究水平提高所引发的对高水平分析工具需求的加强，ABAQUS软件在各行业用户群中所占据的地位也越来越突出。汽车行业是ABAQUS软件的一个重要应用领域。目前BMW、GM、HONDA、PSA、FORD、Volkswagen、PORSCHE、TOYOTA、MERCEDES-BENZ等世界知名的汽车公司都是ABAQUS软件的重要用户。在国内，上海大众、长春一汽、泛亚、、奇瑞、延锋江森、富奥江森等均是ABAQUS软件的重点用户。ABAQUS一直致力于非线性有限元分析，汽车领域是有限元应用非常广泛和深入的一个工业领域，对非线性有限元也有较高的要求。在汽车的非线性分析要求比较高的几个领域，ABAQUS都有广泛的应用。发动机、轮胎和汽车碰撞是其中非线性问题比较集中的汽车子系统或整车系统，ABAQUS在这些领域都有广泛的客户群体，并且在很多方面都已经成为非线性分析的标准软件。发动机行业的GM、FORD、BMW、FAW等，轮胎行业的Bridgestone,Continental,Cooper,Goodyear,Hankook,Kumho,Michelin,Nokian,Pirelli,Sumitomo,Toyo,Yokohama等。2002年5月成立的ABAQUS公司北京代表处是ABAQUS公司在大中国地区的分支机构，全面负责ABAQUS软件在中国的推广，以及软件的技术服务工作。随着软硬件技术的不断发展，ABAQUS公司的业务也持续发展，2002年增长11%，2003年增长18%。ABAQUS是一个技术型的公司，对技术的巨大投入，使它始终走在结构力学研究和软件化领域的前沿。它良好的品质和服务得到业界的广泛认可，这是ABAQUS保持稳定增长的稳固基石。ABAQUS中国办事处沿承了ABAQUS公司的一贯风格，其中技术人员在公司中的比例更是超过了50%。形成了以博士、硕士领军的技术服务队伍，致力于为客户提供最佳的技术支持与技术服务。二ABAQUS软件产品的性能特点1人机交互界面ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的ABAQUS软件的前后处理系统，它汲取了三维CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器紧密结合。ABAQUS/CAE具有以下的特点：z现代的windows风格的软件界面，具有良好的人机交互特性；z现代三维CAD造型软件的建模方式，直接考虑部件之间的装配关系；z参数化建模方法，便于修改设计，寻找最佳的设计方案；z强大的模型管理手段，为各种复杂实际工程问题的建模和仿真提供了方便；z独有的接触模块，可以方便地为实际工程中的各种接触问题建模；z全面支持从零件级到系统级的分析，使结构的模拟过程在统一的平台下实现。2求解器性能ABAQUS可以方便的处理各种线性和非线性问题，包括机构运动的模拟。对于线性问题，从最简单的零部件到目前最大的模型，ABAQUS都可以非常容易的处理。对于非线性问题，ABAQUS软件具有非常明显的优势。其非线性处理功能涵盖材料非线性、几何非线性和接触非线性等各种非线性问题。ABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态、热和电响应等。对于通常同时发生作用的几何、材料和接触非线性问题，ABAQUS采用自动控制技术处理。ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为，而且材料可以和单元任意的组合，用于任何合适的分析类型。ABAQUS/Explicit是一个显式动力学分析模块，它利用显示积分技术求解动力学方程。该模块适合于分析如碰撞、冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件。同时，对高度非线性问题的处理也非常有效，包括模拟加工成形过程中接触条件改变的问题。由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(显式积分)同为ABAQUS公司的产品，它们之间的数据传递非常方便，可以很容易地考虑静力和动力相结合的情况。ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以处理其它软件不容易收敛的非线性问题。ABAQUS软件的计算收敛速度较快，而且收敛过程和计算参数均可以由求解器自动控制，因此更加容易操作和使用。综合起来，ABAQUS软件具有：z比其他通用有限元软件更多的单元种类，单元种类达562种，提供了更多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为；z更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属弹塑性材料外，还可以有效地模拟高分子材料、复合材料、土壤、岩石和高温蠕变材料等特殊材料。ABAQUS还提供灵活强大的用户自定义接口，用户可以使用Fortran语言来开发自己的材料模型；z更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz接触（小滑动接触）或有限滑动接触，还可以处理双面接触或自接触。在接触面上，还可以考虑摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，等工程实际结构的手段；zABAQUS的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则，对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常有效；z隐式和显式求解器无缝集成，同为ABAQUS公司的产品，单元类型和命名一致，用户可以根据实际得情况，灵活得选择求解器，并且方便的在两种求解器之间进行转化。ABAQUS软件的强大的线性和非线性分析功能决定了ABAQUS软件非常适合于应用到汽车设计的设计过程当中。从初步的线性分析到深入的非线性分析，从简单的零件级分析道复杂的系统级分析，从静力学分析到动力学分析，都可以在ABAQUS分析平台下完成。三ABAQUS软件在汽车领域的优势1在汽车碰撞安全分析中的应用汽车交通事故中每年的死伤人数，常常超过世界局部战争，所以交通事故已经成为人类社会的公害之一。因此，从汽车设计角度来看，改善和提高车辆安全性设计，减低交通事故的伤亡在仿真技术诞生之前,对汽车安全是各国汽车行业研究的重要课题。性能的提高，汽车工业不到了越来越广泛的应用。ABAQUS在汽车碰撞安全分析中的特点过程，接触和高速冲击载荷影响着碰撞全过程，系统具有几何非线性、得不沿用传统的手段,不仅导致推出一项新产品需要花费很长时间,而且使汽车的安全性能也只能停留在最低水准——刚刚能够满足有关安全标准的要求。有了仿真技术这一新的研究手段,使得我们可以在设计阶段就可预先评估汽车结构的耐撞性，有利于尽早发现原设计的薄弱环节，对整个设计和优化过程进行有效的指导。汽车新产品从概念形成到开发成功的过程被迅速缩短,汽车的安全性能也逐步有了保障,尤其是1985年后用于求解大位移、大转角、大应变、接触碰撞问题的强非线性有限元方法的成熟,更为汽车的被动安全性研究开辟了新的途径。鉴于此，现在汽车碰撞安全分析已经成为汽车CAE分析中的一个重要方面，CAE仿真技术已成为代表当今汽车企业与研发机构水平的重要标志之一在缩短产品研发时间，提供汽车安全性和减低生产成本方面起着重要的作用。在汽车碰撞安全方面ABAQUS与BMW、FIAT、GM、HMC等大的汽车制造商从部件级分析，整车碰撞以及乘员安全等方面进行了全面的合作，并造商的汽车碰撞安全分析中得取得了良好的合作效果，ABAQUS在很多的汽车制汽车碰撞是一个非常复杂的力学问题，是一个动态的大位移和大变形材料非线性和边界非线性等多重非线性行为。同时随着碰撞分析的深入，分析模型包括的组件越来越多，模型规模越来越大，对整个分析的并行计算的功能的要求也越来越高。在汽车碰撞的模拟计算中，接触问题的处理是一个重点。接触不仅发生在车与外界环境之间、汽车各个部为准确的分析。变形和失效。ABAQUS一直将断裂和失效作为CAE置后，程序也会自动查找相关连整车的碰撞模拟，一般要包含数十万个件之间，而且汽车的某一个部件都可能发生自身的接触碰撞。ABAQUS中采用通用接触方法来进行碰撞中接触的设置，只需在设置中把所有关心的部件都包括进去（用户可以通过BOX式的设置，随意选择欲设定的接触区域）随后程序会自动搜索相关的接触区域,考虑点到面之间的接触以及边到边和边到梁的接触，并进行计算，极大的方便了复杂模型接触问题的处理。接触区域，还可以采用接触对的方式对接触力等进行更汽车碰撞中，车辆中的薄壁构件是主要的吸能构件，在碰撞中，部件一般都会经历大的变形，具有不同程度的塑性同时对于用户比较关心的，很多时候结构发生褶皱变形产生大的塑性变形；同时，在不同的碰撞下，材料会表现出不同的力学性能，材料的这种率相关效应也必须考虑。ABAQUS具有丰富的材料本构供客户选择，同时可以考虑与温度，速度等相关的材料性能。对于应用于汽车中的泡沫吸能材料，ABAQUS也有相关的HYPERFOAM进行相关的模拟。在汽车碰撞中，构件一般会经历大断裂的变形，局部构件由于应力集中还会产生模拟的一个发展方向，争取在五年之内使得断裂和失效在CAE分析中的应用与现在的塑性变形一样进入常规的分析中。在焊接的模拟方面，ABAQUS引入了与网格无关的焊点，ABAQUS通过向最近的表面投影参考点的方，即使在网格重新划分以接关系。同时，可以设置焊点的失效参数，引入渐进失效模型，对焊点的失效进行更为真实的模拟。在汽车碰撞的模拟分析中，随着模拟程度越来越细，模型规模越来越大，机单CPU并行花费太多的时间，例如对于一辆法确定焊点与表面相连的位单单元，采用中心差分法利用显示积分格式进行计算，通常要计算数十万个时间步长，因此，进行多机多CPU并行计算非常必要，也是以后碰撞模拟的趋势所在.ABAQUS支持分布内存并行和共享内存并行计算功能。ABAQUS6.5-1的并行测试为例，对涡轮发动机的鸟撞模型进行并行分析，模型包含221,508个单元和1.3M个自由度。采用ABAQUS并行分析，8CPU加速比可以达到6，由此可见ABAQUS具有良好的并行功能，可以满足汽车碰撞大规模模型分析的要求。ABAQUS在汽车碰撞安全中的应用提高汽车的被动安全性可以从两方面着手，第一，提高汽车的安全结构，使得汽车碰撞部位的塑性变形尽量大，吸收较多的能量，确保乘员的生存空间。第二，使用乘员保护系统，如安全带，安全气囊等乘员保护装置对乘员加以保护，汽车碰撞安全标准中包含五个方面的内容，即：前撞，后撞，侧撞，顶部压垮（edoorstrength）。在此我们仅举其中较为重要的正据分析，发生正面碰撞的约占６４％，侧面碰撞约束系统避免二次碰撞的出现，以达到保护乘员的目的。因此，汽车碰撞的模拟也包括结构分析和乘员保护分析。结构碰撞分析中的应用Roofcrash）和侧门强度（Sid面碰撞和侧面碰撞的实例。正面碰撞在汽车碰撞事故中，占２０％，尾部碰撞占６％，因此汽车撞击试验重点是正面碰撞。汽车正面碰撞模拟汽车碰撞分为带乘员约束系统和不带乘员两种方法，碰撞中汽车结构模型应包括：完整的白车身，包括前后风窗；保险杠系统，包括低速吸能系统；前门（带玻璃）；发动机、传动系统和固定零部件；排放系统；前悬挂系统系统包括驾驶员座椅系统，假人模型、安全带、安全气囊等,假人模型必须经过标定。；空调和散热器；转向系统；仪表板固定梁；轮胎模型等。乘员约束在不带乘员约束系统结构碰撞方案中侧碰与正碰是两个基本，为了加强对乘员得保护是使用最为广泛的乘员约安全气囊在汽车的碰撞事故中可以有效保持乘员，减少伤亡，因此近20年来在,考核的目标主要是转向系统的运动(主要是指方向盘的上下、前后和左右运动位移)、脚踏板的前移量和后门槛梁（ROCKER）的速度曲线。侧面碰撞在碰撞分析中的碰撞测试分析。从碰撞发生的情况来看，侧面碰撞仅次于