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好我们看看这就是为什么

我要想信任我的碰撞仿真

我得把材料搞准确

那我怎么在车上

五花八门的这些材料

它在冲击载荷下

它的大变形

我是怎么表征它

我是怎么测试它的

这是我们实验室过去十年

花了很多功夫来做的事情

那举几个例子 高强钢

你看看这就是一个很简单的

某一个高强钢材料

我做一个冲击拉伸实验

但是是不同的速度

可能最低的那条曲线

是准静态拉伸

这是应力对应变的变化

然后我随着提高应变率

实验事例

我这个冲击速度逐渐的提高

那我们看看高强钢

这么简单的拉伸

应力应变曲线

第一点你能看到

有明显的应变率效应

也就是说

它随着你的那个冲击载荷

应变率的提高

它的强度是越来越高的

那你做碰撞仿真的时候

假如说我让你仿真

这么一个高强钢做的

当然不是高强钢

这是铝合金的管子

大变形

它是在比如说12米每秒的冲击速度下

你说我就用一个

准静态的拉伸曲线输入

这至少差百分之三五十呢

做一个准静态的一条曲线

再做一个上沿

中间我就插值了

有限元倒是可以帮你插值

但是我说里插值有个前提条件

是随着应变率变化

每个应力点是线性的你才能插值

但我告诉你

它不是线性的

如果这取所有的应力点

化成对应变率

把图重新画一下

你就发现非线性的

所以你至少得

这几条曲线要做得足够多 足够密

有限元插值的时候

才能插值出准确的应力值是吧

再看这塑料

塑料就更麻烦了

车上的塑料件太多了

仪表板是塑料的

侧面保护衬垫是塑料的

发动机罩盖

不是发动机罩盖

这个保险杠的前面的那个

盖板是塑料的

那些都要做得很精确

为什么呢

这个发动机

那个保险杠的前端的塑料覆盖件

跟行人的模块下肢碰撞

你做整车的正面碰撞仿真

你不用把它做的很精确

但是我要跟行人碰撞

你那个塑料件就要很精确

然后仪表板的 仪表板的

这个塑料仪表板

塑料板

塑料板的话 涉及到乘员的头碰撞

乘员头撞到仪表板上

你能不能预测准确它的HIC值

那仪表板的大变形

冬天 夏天会怎么回事

然后油箱

油箱很多都是塑料的

或者是复合材料的

油箱的话尾撞的时候

油箱要通过尾撞法规的

你能不能预测油箱的大变形

包括断裂

如果你在路上开车

一个石头子嘣到油箱上

你能不能预测说

你这个油箱的设计

能不能抗石头子的冲击

你说咱们都做实验

也可以

你要有那个成本你就做实验

为什么不把你的成本花在仿真上

去把材料模型做准确

你看看塑料有多复杂

准静态能够拉伸到200%

你慢慢拉嘛 能拉的很长

这已经是很大的变形

而且很不均匀的变形了

这是准静态

然后你再看冲击载荷下

冲击载荷下它的断裂应变

明显的小很多

而且跟高强钢去比

它就没有那么整齐

一个是准静态

它是越拉越强

冲击载荷越拉越弱

所以我很难在一个材料模型里边

用一个材料模型

让它在低应变率的时候是强化模型

高应变率的情况下是弱化模型

所以你如果在预测塑料的大变形的时候

如果你觉得你预测的不准

有可能你输入了一条

准静态的应力应变曲线

但是你输入的

你的那个载荷环境是一个冲击载荷

你想想这两条曲线

我现在不知道

怎么来把它组合起来

一个很好的模型里

但至少有一个笨办法

是你把所有的曲线都输入进去

你先得把这些曲线生产出来 对吧

它的那个断裂应变差这么远

所以很多材料更甭说

我们现在开始做的复合材料

镁合金的话

一撞会碎成这样

在碎的过程中呢

它也是能吸能的

因为它很轻 对吧

那怎么来预测

这种预测还相对好预测一点

这种预测就比较难预测

所以这是

轻质材料的大变形的失效特性

我们再来看材料的断裂

不是简单的一个拉伸断裂

比如说 你如果做一个拉伸曲线

说到这个应变

这是百分之多少断裂

说准静态到这断了

高强钢在这断了

这只是在单向拉伸的情况下

发生了断裂

我们还要解决

单向拉伸情况下

拉到200%的应变

或者高强钢的话

拉到30%的应变

那个时候的拉伸

是不是个均匀的拉伸

任何材料会越拉越细的

颈缩要发生的

它不是个均匀的拉伸

那好 我这么着

生产出来的材料曲线我给你

你别忘了Dyna

或者说仿真里边

要的都是说均匀的拉伸曲线

而我给你的这个实验

它都不是均匀

我实验天下就没有一个实验

能够拉到底

是一直保持均匀的

材料就不存在这个材料

那你怎么处置它

这里边的问题

所以你很多的预测说

某一个做实验的地方说

行了 这个断裂应变30%

我很可能告诉你说

你做Dyna的

或者仿真的时候

你就这么简单的把30%输进去

有可能是有问题的

因为它那个实验拉到最后

已经不是均匀的了

而Dyna需要的是均匀的

另外一个复杂性

断裂应变都跟所谓的

应力三轴度有关系

应力三轴度是

不太复杂的力学概念

我在这简单的科普一下

然后再用更简单的理念说

应力三轴度呢

就是我这个黄颜色定义的

简单的力学量

就是任何一个点的应力

有三个主应力

σ1 σ2 σ3

你三个主应力取个平均

然后呢再做这么一个

这是一个流动应力

什么平方和开根号

然后把这两个再除一下

这个力学参数

依赖于三个主应力的力学参数

叫做应力三轴度

它代表什么呢

代表材料上任何一个点

在某一个工况下

比如说我在管子上

随便找一个点

或者这是仿真 找一个点

在那个工况下

他的拉伸 压缩 剪切

这种复杂的应力状态

它的一个复杂程度

如果都是单向拉伸是一个数

如果是剪切是一个数

如果是拉伸和剪切的混合是一个数

所以应力三轴度是来表征

材料上任何一个地方

它都不是一个简单的拉伸

也不是一个简单的压缩

它的那个复杂程度

我在用通俗点语言说

如果你的材料供应商

给了你拉伸曲线

别忘了你在做整车碰撞仿真的时候

整个的薄壁管件在变形的时候

包括侧面碰撞

各种变形

行人头撞到什么地方

基本上这个材料

都不是一个均匀拉伸的状态

那你说不是均匀拉伸没关系

我的材料力学里学过

我这条拉伸曲线

能够代表什么其他的剪切

那是我们在材料力学里学的

普通的钢在曲服之前的行为

我们的

甭说这个塑料了

或者是更复杂的材料

就是普通的钢曲服之后

也不是你在材料力学里学的那个

那个行为

也就是单向拉伸

是不能够简单的去预测

剪切了或者是压缩了那些事情

很多事不能预测

我举一个断裂应变的一个关系

断裂应变你拿一个高强钢做实验

说拉到了百分之 比如说28断掉了

这28%就是

在单向拉伸状态下的断裂应力

那还是这个钢

所以很简单

我让你做单向压缩

它会在28%断掉吗

在单向压缩中

你拍脑袋想也能想明白

任何一个材料它都是抗压的性能

往往比抗拉的性能好很多

所以如果你一个高强钢单向拉伸

你是在28%把它拉断的话

单向压缩如果你能

准确的做单向压缩实验的话

恐怕不是28%

恐怕要到40%甚至更高才断掉

这是我拿拉伸跟压缩跟你比

剪切呢

然后你这么一个结构变形里边

任何一个材料点上

肯定既不是拉伸也不是剪切

也不是压缩

是更为复杂的

我们好不容易找到这么一个

不是我们找到的

一个力学参数能够表征

也可能某一个力学家说

这个参数不够科学

就像我们做人体的伤害表征是的

应该用其他参数

那是另外一个争论

所以呢我们就得做出

同一个材料在不同的应力应变状态下

它的断裂应变

具体说来这条曲线

这条曲线我给你描述一下

纵轴是断裂应变

就是你想要的那个材料的断裂应变

横轴就是应力三轴度

就是来表征

应力应变状态有多复杂

那在单向拉伸呢

第三个框

这个框对应的应变是单向拉伸

第二个框

是最外边那个框是单向压缩

你就知道

在单向压缩的状况下

他的断裂应变可以很高

在单向拉伸的状况下呢

它的断裂应变大概在这个位置

然后在双向拉伸

双向拉伸到这个位置

什么是双向拉伸呢

就是一个板

你如果两个方向

XY两个方向拉

它空间会更容易断裂 对吧

这很容易想象

这叫双向拉伸

而我们的汽车里边

很多情况下都是双向拉伸

你比如说乘员的头撞到仪表板上

被撞的中心点

肯定是双向拉伸或者是多向拉伸

比如说是行人的下肢模块

或者头撞到这 很多

一这条曲线就告诉你说

同一个材料

断裂应变对应力三轴度

它是这么一条曲线

我要把这条曲线做出来

你想描述这条曲线的形态

没有十个点描述不清楚吧

你说你只做三个点

这点 一个点

做不清

所以没有十个点做不清楚

这还只是准静态下的曲线

我们现在正在研究

很可能高强钢

既然简单拉伸情况下

它会有一个随即应变率的关系

那这条断裂曲线

我们管它叫Fracture Locus 恐怕也是

随应变率是相关的

所以就是说任何一个曲线

我做断裂

我可能得做出这么一组曲线来

很可能是升高的

然后或者降低我不知道

很可能不是平移的 对吧

它在单向拉伸

单向压缩 剪切的情况下

它随应变率的变化

它很可能不是一个

每个地方

我不是简单的把这个曲线

平移上去30%

得到一个高应变率下的曲线

你可能是这样

那这可真实的在汽车碰撞载荷下

这个它的材料的响应

然后另外一个小研究

还拿到这下午我来讲这个事

一个简单的薄壁管件的压缩

它里边每一个单元

每一个材料点

它是处在一个什么样的

应力应变状态下

处在一个什么样的应变率状态下

为什么要问清这个问题呢

是因为你要委托我做材料实验

我要给你设计一个实验矩阵

说我在单向拉伸

应变率从准静态做到什么什么范围

做剪切什么什么范围

这样一个矩阵

这个矩阵的上沿 下沿是什么

有多大

这是我要找清楚

很多我们做冲击力学的

做材料的有很多实验室

都能做动态的

冲击力学响应的材料行为

但是如果它这个实验室

不是做汽车的

很可能是做国防的

做军事应用的

它的 给你的那个材料的

那个应变率的范围

依赖于他们实验室的设备

和他的认知

很可能就比汽车碰撞里的

应变率范围高很多

他可能做爆炸冲击波的 是吧

所以 这个高很多

它就可以在这条曲线的上边

给你做出一条曲线来

准静态做条曲线

中间让你去插值去

说中间这条曲线

第一他可能没有认知

第二 它说这个曲线我做不出来

我只能做应变率在五千以上

因为我的受我的设备所限

因为我是做爆炸力学的

所以这件事我们做了一个研究

就看一个典型的汽车碰撞

典型的构件

典型的汽车碰撞载荷下

它的应力 应变状态

各个材料点究竟是什么样

应变率范围是什么样

我发现很容易理解

在棱柱上

最先发生断裂应力

我知道了以后

我就可以来做

给大家来设计实验举证

来找合适的实验方法