整車越野能力是眾多“方盒子”車型的開發(fā)性能之一。其中，沙漠地形因其沙粒松軟、可流動(dòng)的特性，極易導(dǎo)致車輛在沙漠中行駛時(shí)發(fā)生陷沙、翻滾等可能。一輛結(jié)構(gòu)安全性能優(yōu)異的整車，可應(yīng)對(duì)試驗(yàn)室中的標(biāo)準(zhǔn)沙坑翻滾工況，也可經(jīng)受住復(fù)雜涉沙場(chǎng)景的考驗(yàn)。
傳統(tǒng)車輛涉沙性能開發(fā)，依賴多樣車、多輪次的試驗(yàn)驗(yàn)證，不僅費(fèi)用高昂，也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一難題，中汽中心工程院安全開發(fā)團(tuán)隊(duì)研究了沙粒特性參數(shù)，創(chuàng)新開發(fā)了沙坑壁障有限元模型，可高精度模擬離散沙粒的動(dòng)力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)涉沙事故場(chǎng)景的預(yù)測(cè)與虛擬驗(yàn)證。
百億沙粒的仿真難題
要精確模擬車輛在沙坑中的動(dòng)態(tài)，需要面臨巨大的計(jì)算挑戰(zhàn)。首先，需要面臨大量的計(jì)算困境。以試驗(yàn)室沙坑為例，其沙粒直徑主要在0.5-1.5mm之間分布，多數(shù)直徑尺寸在1mm左右，試驗(yàn)室沙坑整體尺寸為6×9m，若按照沙粒實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，則沙粒數(shù)量達(dá)百億級(jí)別，計(jì)算量十分巨大。其次，沙子主要由石英、長(zhǎng)石等微小顆粒組成，沙粒的剛度和阻尼等力學(xué)特性，以及不同的粒徑分布將直接影響仿真精度。最后，仿真過程需準(zhǔn)備再現(xiàn)沙子的壓實(shí)、隆起、飛濺等復(fù)雜變形模式，為仿真計(jì)算帶來了各種挑戰(zhàn)。
中汽中心工程院的創(chuàng)新解法
中汽中心工程院安全開發(fā)團(tuán)隊(duì)著手解決計(jì)算時(shí)間與模型量級(jí)的矛盾，在保證精度的前提下可將計(jì)算量控制在適用于工況開發(fā)的區(qū)間；深入研究沙粒物理特性，確定了關(guān)鍵的剛度、阻尼等力學(xué)參數(shù)，確保了沙粒的動(dòng)力學(xué)特性真實(shí)可靠；考慮實(shí)際沙堆的形狀尺寸，構(gòu)建起了符合真實(shí)沙坑環(huán)境的壁障有限元模型。
應(yīng)用該模型對(duì)車輛沙坑翻滾進(jìn)行分析，仿真計(jì)算過程穩(wěn)定收斂，結(jié)果高效可靠。仿真過程中，能夠清晰呈現(xiàn)“車輪下陷→整車側(cè)翻→車體撞擊沙粒→沙粒飛濺”的全過程。沙子壓實(shí)、隆起、飛濺等變形模式與真實(shí)試驗(yàn)沙坑變形基本一致，能夠有效預(yù)測(cè)車輛沙坑翻滾表現(xiàn)。
應(yīng)用廣闊：不止于“沙坑翻滾”
該模型的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)超單一場(chǎng)景，具有較高的可擴(kuò)展性，模擬例如“車輛在沙坡上翻滾”等情形，也能夠支持更加復(fù)雜的沙漠越野場(chǎng)景，如車頭下墜沖沙、車輛防滾支架設(shè)計(jì)等，全面評(píng)估整車產(chǎn)品的越野性能。運(yùn)用仿真手段進(jìn)行整車開發(fā)能夠大幅減少對(duì)物理樣車和昂貴場(chǎng)地試驗(yàn)的依賴，顯著降低開發(fā)成本和周期，為整車結(jié)構(gòu)安全性能開發(fā)提供高效的虛擬驗(yàn)證方案。
離散沙坑翻滾壁障仿真模型的推出，是中汽中心工程院安全開發(fā)團(tuán)隊(duì)深研“汽車全域安全”的又一重要成果。團(tuán)隊(duì)將持續(xù)發(fā)揮行業(yè)引領(lǐng)作用，積極研發(fā)車輛安全新技術(shù)、新工具，為汽車安全性能開發(fā)提供高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)！
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