1.本发明涉及汽车侧面碰撞壁障技术领域，具体涉及一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法。
背景技术：2.2017年，美国侧面碰撞死亡率占到了乘用车死亡人数的24％，针对侧面碰撞的研究依然是个问题。因此，iihs(美国公路安全保险协会)计划了进一步的侧碰研究方案，开发有限元仿真模型。经过一系列的研究，iihs计划2020版启用重量为1900kg，碰撞速度为60km/h的碰撞工况开发对应的模型。然而，中国与美国情况不同，美国皮卡较多，我们统计了2016-2019年上半年c-iasi的63款测评车型的整备质量，轿车整备质量平均值为1355kg，suv整备质量平均值为1562kg，中型及以上suv质量平均值为1694kg，与美国差别较大，且中国道路的交通情况与美国也有差别，因此，研究适合中国交通情况的壁障模型迫在眉睫。
3.在实际壁障中，主要采用致密孔格、大外观尺寸的蜂窝元件构建复合式蜂窝吸能结构，其产品几何尺寸长、面积大，所含胞孔多。以轨道车辆前端专用吸能结构为例，假定其截面积为200mm
×
400mm(l
×
w)的端面，要求其孔格为1mm,对应单向l方向蜂窝胞数达116个。其计算规模将远远大于单件胞元数为8
×
9蜂窝的计算规模，所耗费的机时与资源不可估量，因此需要寻求针对壁障蜂窝模型的数值模拟等效方法。将扩胞等效法应用在壁障蜂窝模型的开发目前来看是应对此问题的一种高效解决方案。
技术实现要素：4.本发明意在一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，通过仿真和试验的方式，对扩胞后的蜂窝胞元尺寸进行修正调整，使其具备等效的计算精度，同时有效减少了计算成本，提高了计算效率。
5.本发明提供的技术方案为：一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，包括以下步骤：
6.s1：根据蜂窝模型尺寸和初始胞元边长，匹配扩胞后的等效胞元边长；
7.s2：根据扩胞理论，由初始胞元壁厚得到等效胞元理论壁厚；
8.s3：对等效胞元进行仿真，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能进行等效分析，得到等效胞元缩放壁厚；
9.s4：根据初始胞元壁厚和等效胞元缩放壁厚得到缩放系数；
10.s5：设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，得到修正系数；
11.s6：根据缩放系数和修正系数，由初始胞元壁厚得到等效胞元修正壁厚。
12.本发明的工作原理及优点在于：
13.本发明方法首先根据蜂窝模型尺寸和初始胞元边长，匹配扩胞后合适的等效胞元边长，以符合蜂窝模型的几何结构。蜂窝模型的力学属性直接与胞元厚跨比相关，具有相同
厚跨比的蜂窝模型结构在理论上表现出相同的力学属性与吸能特性，根据扩胞理论，理论上两块蜂窝可以表现出相同的力学属性与吸能特性，因此由初始胞元壁厚得到等效胞元理论壁厚。
14.实际上，按照上述扩胞理论计算出的等效胞元理论壁厚进行仿真与扩胞前的计算结果有偏差。因此，需要将扩胞后的等效胞元理论壁厚根据仿真结果进行缩放调整，得到等效胞元缩放壁厚。
15.根据仿真结果与现场试验相比还是存在较大的差异，不能很好地模拟试验情况。这是由于仿真模型的计算是理想环境下的，也没有考虑实际碰撞过程中蜂窝腔带来的气囊效应等因素，因此为进一步提高等效方法的精确度，还提出了修正系数。设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，确定最后的修正系数。
16.根据缩放系数和修正系数，由初始胞元壁厚得到等效胞元修正壁厚，即可进行相应的碰撞试验等效计算，大大减小了运算量，经试验证明，修正后的蜂窝模型能够很好的吻合碰撞试验数据。本发明通过上述方法对扩胞后的蜂窝胞元尺寸进行修正调整，使其具备等效的计算精度，同时有效减少了计算成本，提高了计算效率。
17.进一步，所述s1中蜂窝模型的尺寸为长300mm，宽300mm，高100mm。
18.为了保证仿真的精确度，对缩放系数进行探究，在探究过程中，保证所有蜂窝块的尺寸为300*300*100mm。
19.进一步，所述s1中等效胞元的边长为18mm。
20.参考iihs 2.0版侧面碰撞蜂窝模型，为减少计算成本，提高计算效率，根据实际壁障中的胞元尺寸进行扩胞至18mm。
21.进一步，所述s4中的系数包括0.7、0.8、0.9、1。
22.修正系数是与蜂窝腔单元大小相关的一个系数，腔大小的不同会带来空气气体不同的压缩效果，在系数0.7、0.8、0.9、1中确定缩放系数能够获得比较准确的力学曲线，同时能够减少额外的试验成本。
23.进一步，所述s5中修正系数与蜂窝胞元的边长成反比。
24.通过试验数据验证，当胞元边长较大时形成的气体压缩影响越小，反之影响越大。因此，修正系数与蜂窝胞元的边长成反比。该规律可为后续的试验和计算提供参考。
25.进一步，所述s3包括：
26.s3-1：以等效胞元边长和等效胞元理论壁厚对等效胞元进行仿真，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线作为参照，对等效胞元理论壁厚进行缩放调整；
27.s3-2：比较等效胞元理论壁厚缩放调整后与蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线的接近程度，得到等效胞元缩放壁厚。
28.第一步的缩放调整可以直接通过仿真完成，比较多次缩放调整后相应的力学性能曲线与扩胞前的力学性能曲线的接近程度，选取最接近的力学曲线所对应的等效胞元壁厚，将其作为等效胞元缩放壁厚，从而实现仿真条件下的等效。通过以上仿真过程进行缩放调整，能够为后续的修正调整试验节省大量工作成本。
29.进一步，所述初始胞元边长为h1，所述初始胞元壁厚为t2，所述等效胞元边长为h2，所述等效胞元理论壁厚为t2，所述等效胞元缩放壁厚为t2
′
，所述等效胞元修正壁厚为
t2
″
，所述缩放系数为m，所述修正系数为α；
30.所述s2中根据扩胞理论t1/h1＝t2/h2，得到等效胞元理论壁厚t2。
31.根据扩胞理论，理论上两块蜂窝可以表现出相同的力学属性与吸能特性，可直接等效处理。即根据t1/h1＝t2/h2，代入相应的数据即可得到等效胞元理论壁厚t2
32.进一步，所述s4中由t2
′
＝m*t2得到缩放系数m，所述s6中等效胞元修正壁厚t2
″
＝α*m*t2。
33.通过对初始胞元壁厚为t2进行缩放调整再进行修正调整后即得到等效胞元修正壁厚为t2
″
，壁厚的整体计算过程简单。
34.进一步，还包括s7：根据等效胞元边长和等效胞元修正壁厚计算蜂窝的碰撞试验数据。
35.确定了扩胞后的等效胞元边长和等效胞元修正壁厚，在后续碰撞试验中针对该蜂窝模型能够直接采用扩胞后的尺寸数据进行计算，有效减少了计算成本，提高了计算效率，并保证了计算精确度。在对其他规格的蜂窝模型进行碰撞试验计算时，扩胞处理后根据对应的缩放系数和修正系数进行计算即可，提高了整体计算效率。
附图说明
36.图1为本发明实施例的一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法的逻辑框图；
37.图2为本发明实施例的一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法的扩胞示意图；
38.图3和图4为本发明实施例的壁障撞力墙试验的力位移曲线图。
具体实施方式
39.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
40.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
41.实施例：
42.如图1所示，本实施例公开了一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，具体包括以下步骤(本方案中对各步骤的编号仅做步骤区分作用，不限制各步骤的具体执行顺序，且各步骤还可同时进行)：
43.本实施例中，所述初始胞元边长为h1，所述初始胞元壁厚为t2，所述等效胞元边长为h2，所述等效胞元理论壁厚为t2，所述等效胞元缩放壁厚为t2
′
，所述等效胞元修正壁厚为t2
″
，所述缩放系数为m，所述修正系数为α。
44.s1：根据蜂窝模型尺寸和初始胞元边长，匹配扩胞后的等效胞元边长。图2为一种侧面碰撞常用的蜂窝模型，蜂窝模型的尺寸为长300mm，宽300mm，高100mm。该蜂窝模型的初始胞元边长为h1，初始胞元壁厚为t2。根据蜂窝模型的尺寸和初始胞元边长，匹配扩胞后的等效胞元边长和等效胞元数量，以符合蜂窝模型的几何结构。本实施例中参考iihs 2.0版侧面碰撞蜂窝模型，根据实际壁障中的胞元尺寸进行扩胞至18mm，即扩胞后的等效胞元边长h2为18mm，扩胞后的效果如图2所示。
45.s2：根据扩胞理论，由初始胞元壁厚得到等效胞元理论壁厚。蜂窝模型的力学属性直接与胞元厚跨比相关，具有相同厚跨比的蜂窝模型结构在理论上表现出相同的力学属性与吸能特性，根据扩胞理论，理论上两块蜂窝可以表现出相同的力学属性与吸能特性，可直接等效处理。即根据t1/h1＝t2/h2，代入相应的数据即可得到等效胞元理论壁厚t2。
46.s3-1：以等效胞元边长和等效胞元理论壁厚对等效胞元进行仿真，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线作为参照，对等效胞元理论壁厚进行缩放调整。实际上，按照上述扩胞理论公式计算出的等效胞元理论壁厚t2进行仿真与扩胞前的计算结果有偏差。因此，需要将扩胞后的等效胞元理论壁厚t2根据仿真结果进行缩放调整。将等效胞元边长和等效胞元理论壁厚代入仿真模型对等效胞元进行仿真，得到相应的力学性能曲线，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线作为参照，对等效胞元理论壁厚进行多次缩放调整，并得到相应的力学性能曲线。
47.s3-2：比较等效胞元理论壁厚缩放调整后与蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线的接近程度，得到等效胞元缩放壁厚。比较多次缩放调整后相应的力学性能曲线与扩胞前的力学性能曲线的接近程度，选取最接近的力学曲线所对应的等效胞元壁厚，将其作为等效胞元缩放壁厚t2
′
，从而实现仿真条件下的等效。
48.s4：根据初始胞元壁厚和等效胞元缩放壁厚得到缩放系数。由t2
′
＝m*t2，代入相应的数据，得到缩放系数m。
49.s5：设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，得到修正系数。根据上述蜂窝模型等效计算的结果与现场试验对标发现，仿真结果与现场试验相比还是存在较大的差异，不能很好地模拟试验情况。这是由于仿真模型的计算是理想环境下的，也没有考虑实际碰撞过程中蜂窝腔带来的气囊效应等因素，因此为进一步提高等效方法的精确度，还提出了修正系数α，α是与蜂窝腔单元大小相关的一个系数，腔大小的不同会带来空气气体不同的压缩效果。本实施例中通过壁障撞力墙试验对修正系数进行验证，设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，确定最后的修正系数，本实施例中设置的系数包括0.7、0.8、0.9、1。
50.其试验过程的力位移曲线图如图3和图4所示，图3为0.045-6的壁障蜂窝模型，其胞元的实际厚度为0.045mm，胞元的实际边长为6mm。根据扩胞理论得到等效胞元理论壁厚为t2，再根据仿真对t2进行缩放调整后得到等效胞元缩放壁厚为t2
′
，分别代入系数0.7、0.8、0.9、1进行现场试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，选取与扩胞前最接近的力学曲线所对应的系数，作为修正系数。从图3可以看出，在系数为1的力学曲线(黑色曲线)，与扩胞前的力学曲线(红色曲线)最近，因此在胞元边长为6mm时的修正系数α为1。同理，图4为0.045-16的壁障蜂窝模型，其胞元的实际厚度为0.045mm，胞元的实际边长为16mm，从图4可以看出，在系数为0.7的力学曲线(蓝色虚线)，与扩胞前的力学曲线(红色曲线)最近，因此在胞元边长为16mm时的修正系数α为0.7。
51.根据上述试验方法，进行了多次试验，得到各种规格的壁障蜂窝模型相应的修正系数为α和等效胞元修正壁厚为t2
″
，如下表所示：
[0052][0053]
由此可以看出，当胞元边长较大时形成的气体压缩影响越小，反之影响越大。因此，修正系数与蜂窝胞元的边长成反比，最终确定的α与蜂窝胞元边长a的关系为：α
∝
1/a。
[0054]
试验结果表明修正后的蜂窝模型能够很好的吻合碰撞试验数据。
[0055]
s6：根据缩放系数和修正系数，由初始胞元壁厚得到等效胞元修正壁厚。即等效胞元修正壁厚t2
″
＝α*m*t2。
[0056]
s7：根据等效胞元边长和等效胞元修正壁厚计算蜂窝的碰撞试验数据。确定了扩胞后的等效胞元边长和等效胞元修正壁厚，在后续碰撞试验中针对该蜂窝模型能够直接采用扩胞后的尺寸数据进行计算，有效减少了计算成本，提高了计算效率，并保证了计算精确度。在对其他规格的蜂窝模型进行碰撞试验计算时，扩胞处理后根据对应的缩放系数和修正系数进行计算即可，提高了整体计算效率。
[0057]
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术得出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
技术特征：1.一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据蜂窝模型尺寸和初始胞元边长，匹配扩胞后的等效胞元边长；s2：根据扩胞理论，由初始胞元壁厚得到等效胞元理论壁厚；s3：对等效胞元进行仿真，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能进行等效分析，得到等效胞元缩放壁厚；s4：根据初始胞元壁厚和等效胞元缩放壁厚得到缩放系数；s5：设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，得到修正系数；s6：根据缩放系数和修正系数，由初始胞元壁厚得到等效胞元修正壁厚。2.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s1中蜂窝模型的尺寸为长300mm，宽300mm，高100mm。3.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s1中等效胞元的边长为18mm。4.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s4中的系数包括0.7、0.8、0.9、1。5.根据权利要求4所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s5中修正系数与蜂窝胞元的边长成反比。6.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s3包括：s3-1：以等效胞元边长和等效胞元理论壁厚对等效胞元进行仿真，根据蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线作为参照，对等效胞元理论壁厚进行缩放调整；s3-2：比较等效胞元理论壁厚缩放调整后与蜂窝模型扩胞前的力学性能曲线的接近程度，得到等效胞元缩放壁厚。7.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述初始胞元边长为h1，所述初始胞元壁厚为t2，所述等效胞元边长为h2，所述等效胞元理论壁厚为t2，所述等效胞元缩放壁厚为t2
′
，所述等效胞元修正壁厚为t2
″
，所述缩放系数为m，所述修正系数为α；所述s2中根据扩胞理论t1/h1＝t2/h2，得到等效胞元理论壁厚t2。8.根据权利要求7所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：所述s4中由t2
′
＝m*t2得到缩放系数m，所述s6中等效胞元修正壁厚t2
″
＝α*m*t2。9.根据权利要求1所述的侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，其特征在于：还包括s7：根据等效胞元边长和等效胞元修正壁厚计算蜂窝的碰撞试验数据。
技术总结本发明涉及汽车侧面碰撞壁障技术领域，公开了一种侧面碰撞壁障蜂窝模型的等效方法，包括以下步骤：S1：匹配扩胞后的等效胞元边长；S2：根据扩胞理论，由初始胞元壁厚得到等效胞元理论壁厚；S3：对等效胞元进行仿真，得到等效胞元缩放壁厚；S4：根据初始胞元壁厚和等效胞元缩放壁厚得到缩放系数；S5：设置若干系数并代入缩放壁厚，通过壁障撞力墙试验，比较不同系数下扩胞前后的碰撞试验数据的接近程度，得到修正系数；S6：根据缩放系数和修正系数，由初始胞元壁厚得到等效胞元修正壁厚。本发明通过仿真和试验的方式，对扩胞后的蜂窝胞元尺寸进行修正调整，使其具备等效的计算精度，同时有效减少了计算成本，提高了计算效率。提高了计算效率。提高了计算效率。
技术研发人员：刘明 费敬 范体强 王红钢
受保护的技术使用者：中国汽车工程研究院股份有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
