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前保蒙皮塑料表征及在行人保护中的仿真应用 吴海龙;赖兴华;杨海燕;申波;周大永;刘卫国;张红烨 【摘 要】对保险杠塑料材料进行一系列的准静态和动态加载试验,获得不同应力下的力学性能曲线.基于LS-DYNA显示分析的方法,开发模拟塑料性能的187号材料模型,该模型屈服面是将拉伸、剪切、压缩和双向拉伸4个屈服试验点采用最小二乘法拟合得出,更适用于表征塑料材料的力学性能.将所开发的187号材料模型模拟动态拉伸、剪切、压缩和穿孔4项基本工况,并将仿真和试验结果进行了对标.最后将该材料模型应用于系统级的行人保护腿部碰撞中,验证了所开发材料模型的可靠性. 【期刊名称】《汽车零部件》 【年(卷),期】2017(000)007 【总页数】5页(P1-5) 【关键词】保险杠;塑料材料;性能表征;行人腿部碰撞 【作 者】吴海龙;赖兴华;杨海燕;申波;周大永;刘卫国;张红烨 【作者单位】清华大学苏州汽车研究院(相城),江苏苏州215000;清华大学苏州汽车研究院(相城),江苏苏州215000;浙江吉利汽车研究院有限公司浙江省汽车安全控制技术重点实验室,浙江杭州311228;浙江吉利汽车研究院有限公司浙江省汽车安全控制技术重点实验室,浙江杭州311228;浙江吉利汽车研究院有限公司浙江省汽车安全控制技术重点实验室,浙江杭州311228;浙江吉利汽车研究院有限公司浙江省汽车安全控制技术重点实验室,浙江杭州311228;广州机械科学研究院有限公司,广东广州510700 【正文语种】中 文 【中图分类】U465.2 自20世纪70年代起，汽车保险杠材料逐渐由塑料代替金属，目前汽车保险杠材料主要采用EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer，三元乙丙橡胶)、改性PP (Polypropylene，聚丙烯)，具有质量轻、抗冲击性优秀、成形制备容易等优点[1]。当今，数值模拟已成为汽车发展的基本开发工具，在汽车研发过程中，许多重要的设计决策尤其是碰撞模拟，都是基于仿真的结果，而有限元分析的可靠性取决于模型和材料的精准度。与简单的材料如钢和铝等对比，由于塑料品种、结构的不同和更复杂的材料特性，表征塑料的材料力学性能模型获取相对困难，尤其在低速碰撞和行人保护腿部碰撞模拟中，保险杠塑料材料曲线的准确性对结果的评价影响较大。因此，为了获取可靠有效的塑料材料模型，对它的动态力学性能进行研究显得尤为重要。目前，针对塑料材料的动态力学行为的模拟已有大量的研究。G’SELL等[2]基于聚合物的静态拉伸试验提出一种真应力与有效塑性应变关系的本构模型，应变率对应力的影响即黏性项使用一种更简单有效的幂率分布来拟合，但该方法不适用于动态载荷工况。PERONI等[3]提出一种对半结晶和非结晶聚合物适用的双幂率分布本构模型，其中应变率对应力的影响使用Cowper-Symond模型来拟合。KOLLING等[4]在材料试验的基础上，基于有限元软件LS-DYNA开发了用于模拟高分子材料力学行为的SAMP-1模型(Semi-Analytical Model for Polymers)，记为MAT_187材料。国内清华大学顾功尧等[5]使用不同的材料模型对塑料力学性能进行了表征并分析了其模拟结果，其中考虑应变率效应和不同应力状态的187号材料卡在表征塑料材料力学特性方面更准确，但标定流程较为复杂。文中选取某自主品牌汽车保险杠常用塑料件，进行了不同应变率、不同加载状态的材料性能测试试验，基于材料试验及数据拟合的方法，在LS-DYNA环境下开发MAT_187塑料材料卡片，将材料卡应用在该自主名牌的行人保护仿真模型上，将仿真结果与试验结果进行对标，验证所得塑料材料卡片的有效性，为行人保护碰撞仿真精度的提高提供了依据。在LS-DYNA材料手册中[6]， MAT_187是用于聚合物的半解析材料模型，该材料模型提出一种新的屈服准则，即SAMP-1屈服准则，其屈服面是将拉伸、剪切、压缩和双向拉伸4个屈服试验点采用最小二乘法拟合得出。若以f表示屈服函数，它是应力σ的函数，在应力空间中，它是一个超曲面,称为屈服面。SAMP-1模型第一个特点是采用静水压力p和von Mises应力描述其屈服条件：其中：σvm是von Mises应力，εeq,p是等效塑性应变，A0、A1、A2由3个独立试验的结果如拉伸、压缩和剪切试验计算得出。流动法则是指塑性应变增量随应力增量变化的规律。塑性应变增量用屈服函数表达时为关联流动，用塑性势函数表达时为非关联流动。SAMP-1模型第二个特点是采用非关联流动，构造塑性势函数g：其中：νp是塑性泊松比。它由塑性应变增量p,z决定，在SAMP-1模型定义νp为变量，与等效塑性应变的关系为：图1为SAMP-1模型通过载荷曲线应力的屈服面。试验材料采用某