Bremar Automotion 利用Altair RADIOSS設(shè)計(jì)和認(rèn)證FIA賽車防滾架結(jié)構(gòu)介紹

項(xiàng)目介紹



國際汽車運(yùn)動(dòng)聯(lián)合會(huì)（FIA）是作為賽車運(yùn)動(dòng)的世界管理機(jī)構(gòu)而被大家熟知，澳大利亞賽車聯(lián)合會(huì)（CAMS）是FIA在澳大利亞是的代表機(jī)構(gòu)。CAMS 和 FIA的目標(biāo)是保證所有賽車活動(dòng)執(zhí)行最高的安全標(biāo)準(zhǔn)、公平性和社會(huì)責(zé)任感。



總部位于澳大利亞墨爾本的Bremar Automotion 是一家工程設(shè)計(jì)公司，一直以來致力于研發(fā)CAE技術(shù)來模擬、試驗(yàn)、驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)服務(wù)于各個(gè)行業(yè)，如汽車、卡車、拖車、礦產(chǎn)車、工業(yè)設(shè)備和賽車等。今日，Bremar Automotion獲得CAMS 和 FIA的批準(zhǔn)通過使用有限元（FEA）技術(shù)來驗(yàn)證賽車防滾架的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)列于FIA技術(shù)清單第35項(xiàng)的著名認(rèn)證，使Bremar Automotion在澳大利亞和全球可以用FEA獨(dú)立認(rèn)證賽車的防滾架設(shè)計(jì)。

挑戰(zhàn)

防滾架是所有賽車的主要安全結(jié)構(gòu)，在事故發(fā)生時(shí)保護(hù)駕駛員。在許多的車輛的設(shè)計(jì)里，防滾架也是底盤的主要結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)往往要考慮剛性、安全、重量和成本之間的復(fù)雜的平衡關(guān)系而尋找一個(gè)最佳方案。
作為其認(rèn)證過程的要求，Bremar Automotion需要構(gòu)建一個(gè)全尺寸的防滾架并對(duì)其進(jìn)行物理測(cè)試，測(cè)試中要承受 FIA指定的防滾架載荷。進(jìn)行破壞性試驗(yàn)的目的一方面是與仿真結(jié)果對(duì)標(biāo)以確保計(jì)算機(jī)模型的精度，另一方面是向FIA展示其設(shè)計(jì)能力。

Bremar 設(shè)計(jì)用于物理測(cè)試的防滾架為在載荷作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了大的塑性變形，需要采用非線性、大變形和塑性變形FEA分析。由于 Bremar 工程師已經(jīng)是Altair HyperWorks產(chǎn)品的資深用戶，采用RADIOSS對(duì)這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行非線性分析是最明智的選擇。

解決方案

FIA載荷測(cè)試 － 主防滾環(huán)試驗(yàn)

他們首先設(shè)計(jì)一個(gè)適合試驗(yàn)臺(tái)的低碳鋼防滾架，基于重約1200kg 的中型車輛。FIA的要求在防滾環(huán)上加載是大約10T。一旦FIA載荷標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到，在防滾環(huán)上再次進(jìn)行試驗(yàn)，采用最大允許50mm的位移，需要超過20T的載荷。該防滾架采用許多種傳感器和應(yīng)變片，以測(cè)量結(jié)構(gòu)不同位置的位移和應(yīng)變，同時(shí)要與FEA模型對(duì)標(biāo)并記錄液壓缸的位移和載荷。

防滾架結(jié)構(gòu) - 測(cè)量撓度和應(yīng)變的傳感器和應(yīng)變片



物理試驗(yàn)與RADIOSS仿真結(jié)果的相關(guān)性



附加測(cè)試 － 車頂大位移測(cè)試

對(duì)整個(gè)防滾架進(jìn)行附加的測(cè)試，以觀察在非常大位移發(fā)生時(shí)的行為。載荷加在無支撐的車頂，強(qiáng)制位移大約為120mm。由于高度非線性行為，模擬這種加載和撓度是比較復(fù)雜的。

接頭測(cè)試 － 詳細(xì)T型接頭測(cè)試

最后，由于防滾架結(jié)構(gòu)基本上是焊接接頭構(gòu)成的，對(duì)防滾架進(jìn)行了一系列測(cè)試以了解焊接接頭的局部行為。對(duì)不相同尺寸的管和材料屬性進(jìn)行了六個(gè)獨(dú)立的測(cè)試，目的是相比不同管和材料的強(qiáng)度和性能。這些測(cè)試也是用來驗(yàn)證和開發(fā)在FEA 分析中焊接接頭的模建過程。

為執(zhí)行這些試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套固定裝置測(cè)試T型焊接接頭。固定裝置是符合FIA的標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)試螺栓的防滾架連接。各種規(guī)格的碳鋼、鉻鉬鋼（俗稱chromoly）焊接件進(jìn)行微調(diào)進(jìn)行物理測(cè)試和有限元分析。在焊接區(qū)域得到了很好的相關(guān)性結(jié)果，這是一個(gè)非常寶貴的部分，因?yàn)樗梢詼?zhǔn)確地并且保守地對(duì)焊接接頭如何進(jìn)行建模且預(yù)估其失效提供了關(guān)鍵的見解。

總結(jié)

為了得到更高的置信度，還進(jìn)行了一些超出FIA的認(rèn)證要求的測(cè)試。Bremar的測(cè)試表包括在高防傾翻系統(tǒng)(ROPS)進(jìn)行一系列的物理測(cè)試，如貨車、拖拉機(jī)和土方機(jī)械等。這些測(cè)試均與仿真結(jié)果取得良好的相關(guān)性，再次證明Bremar仿真和RADIOSS軟件的準(zhǔn)確性。



Bremar Automotion 總經(jīng)理 Brett Longhurst表示：“我們做了一系列在FIA認(rèn)證過程中不需要的額外測(cè)試。這些額外測(cè)試使我們能夠獲得盡可能多變形的結(jié)構(gòu)。我們感興趣的是在高變形、高非線性區(qū)域?qū)δＰ瓦M(jìn)行相關(guān)性分析，所以我們?cè)跍y(cè)試設(shè)備允許的條件下盡量進(jìn)行測(cè)試。在大多數(shù)情況下，相關(guān)性在位移的整個(gè)范圍都很好。我們只用Altair的產(chǎn)品進(jìn)行仿真模擬，我們很高興看到仿真模擬和物理測(cè)試之間的這種良好的相關(guān)性，我們不僅對(duì)測(cè)試方法非常自信，而且對(duì)Altair的軟件也充滿信心。這是一個(gè)偉大的產(chǎn)品，測(cè)試結(jié)果和仿真分析的這些圖片就是有力的證明。”