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、可流動的特性，極易導致車輛在沙漠中行駛時發(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，可應對試驗室中的標準沙坑翻滾工況，也可經(jīng)受住復雜涉沙場景的考驗。
傳統(tǒng)車輛涉沙性能開發(fā)，依賴多樣車、多輪次的試驗驗證，不僅費用高昂，也存在一定的安全風險。為解決這一難題，中汽中心工程院安全開發(fā)團隊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力學特性，實現(xiàn)對涉沙事故場景的預測與虛擬驗證。
百億沙粒的仿真難題
要精確模擬車輛在沙坑中的動態(tài)，需要面臨巨大的計算挑戰(zhàn)。首先，需要面臨大量的計算困境。以試驗室沙坑為例，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，試驗室沙坑整體尺寸為6×9m，若按照沙粒實際尺寸進行建模，則沙粒數(shù)量達百億級別，計算量十分巨大。其次，沙子主要由石英、長石等微小顆粒組成，沙粒的剛度和阻尼等力學特性，以及不同的粒徑分布將直接影響仿真精度。最后，仿真過程需準備再現(xiàn)沙子的壓實、隆起、飛濺等復雜變形模式，為仿真計算帶來了各種挑戰(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)團隊著手解決計算時間與模型量級的矛盾，在保證精度的前提下可將計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、阻尼等力學參數(shù)，確保了沙粒的動力學特性真實可靠；考慮實際沙堆的形狀尺寸，構(gòu)建起了符合真實沙坑環(huán)境的壁障有限元模型。
應用該模型對車輛沙坑翻滾進行分析，仿真計算過程穩(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、隆起、飛濺等變形模式與真實試驗沙坑變形基本一致，能夠有效預測車輛沙坑翻滾表現(xiàn)。
應用廣闊：不止于“沙坑翻滾”
該模型的應用范圍遠超單一場景，具有較高的可擴展性，模擬例如“車輛在沙坡上翻滾”等情形，也能夠支持更加復雜的沙漠越野場景，如車頭下墜沖沙、車輛防滾支架設(shè)計等，全面評估整車產(chǎn)品的越野性能。運用仿真手段進行整車開發(fā)能夠大幅減少對物理樣車和昂貴場地試驗的依賴，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)團隊深研“汽車全域安全”的又一重要成果。團隊將持續(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)提供高標準技術(shù)服務(wù)！
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