8 Задание граничных условий
При моделировании столкновения автомобиля и ограждения используются следующие граничные условия: задание ограничений на перемещения узлов, задание начальных скоростей узлов, задание контактных взаимодействий между элементами, задание усилий гравитации, задание начальных усилий в элементах.
Задание граничных условий на ограничение перемещений узлов по всем 6 степеням свободы осуществляется картой SPC. Основное применение карты: ограничение перемещения узлов, неподвижных относительно земли. Рекомендуется применять для заделки внешней границы грунта или бетона.
Задание начальных скоростей узлов осуществляется картой INITIAL_VELOCITY позволяет задавать начальную угловую или линейную скорость. Рекомендуется использовать для задания скорости автомобиля в начальный момент времени.
Контакт накладывает ограничения на проникновение одной из поверхностей в другую. Существует множество типов контактов, но наиболее широкое распространение получили три типа контакта: automatic_single_surface_contact, general_contact, general_interior_contact.
Основные отличия первого и второго контактов состоят в способе поисков узлов или в определении контактной жесткости. Второй контакт ищет контакт на всей длине элемента, а не только в узлах. Рекомендуется использовать automatic_single_surface_contact во всех случаях кроме контакта с кромками элементов и контактами с балками, в этому случае используется general_contact. General_interior_contact - контакт, обеспечивающий стабильный и точный контакт со свободными кромками за счет добавления null блок на внешней грани. Рекомендуется использовать в случаях, когда важна точность передачи усилия на грани оболочки, например, при взаимодействии грани оболочки стойки (отверстие в стойке) с тросом. Следует учесть, что контакт добавляет по 0.5 мм к грани, поэтому необходимо редактировать начальную геометрию. При контакте абсолютно твердых тел и оболочек возможно использовать тип контакта node_to_surface. Контакт требует меньше ресурсов, но при этом обеспечивает достаточную точность в случае, если твердое тело разбито достаточно мелко.
Рекомендуется при контакте тел малой жесткости (грунт) добавлять поверх них контактные оболочки с применением MAT_009 и задавать контакт между созданной оболочкой и телом, так как жесткость контактной пружины, добавляемой к контактирующим поверхностям, прямо зависит от жесткости контактируемых тел, при контакте податливых тел ее жесткость может быть мала, что часто приводит к неустойчивости решения и к чрезмерному проникновению одного тела в другое. Оболочки с применением модели материала MAT_009 имеют только контактную жесткость.
Основные рекомендации по использованию контактов следующие:
- При контакте с балочными элементами по кромке или кромка-кромка следует использовать тип general contact или general interior contact.
- Необходимо, чтобы толщина контакта равнялась толщине реального тела.
- Плотность сетки должна быть достаточна для правильной работы контакта. В контактах типа slave-maser, slave имеет густую сетку, а master может иметь грубую.
- Следует избегать толщин оболочек, менее 1 мм. В случае наличия таковых следует масштабировать их толщину.
Рекомендуется задание взаимодействий через контакт между следующими элементами:
Кузов автомобиля и трос. В случае если нет взаимодействий с гранями используйте automatic_single_surface_contact, если таковые контакты имеются, необходимо использовать general_contact или балки из MAT_009.
Кузов автомобиля и остальные элементы ограждения. Используется automatic_single_surface_contact. При наличии абсолютно жестких тел и ограниченности ресурсов возможно использование node_to_surface_contact.
Элементы автомобиля друг с другом. Рекомендуется использовать automatic_single_surface_contact.
Задание гравитации осуществляется картой INERTIAL_LOAD. Основным параметром является ускорение свободного падения. Рекомендуется использовать эту карту при любых расчетах ограждений.
Задание начальных усилий в балочных элементах осуществляется картой INITIAL_STRESS_BEAM. Задание значения происходит через задание напряжений в выбранном направлении, т.к. в тросе от пред натяга возникают нормальные напряжения, то определяющим является параметр SIG11. Рекомендуется использовать эту карту для задания напряжений от предварительного натяга.
9 Задание карт контроля
Карты контроля - это набор параметров, которые определяют работу той или иной карты. В расчетах ограждений используются следующие карты контроля: contact, coupling, termination, timestep, hourglass, shell, energy. Рассмотрим основные параметры, необходимые для моделирования ограждений. Рекомендуемые значения карт даны в приложении А.3.
Карта контроля contacts определяет основные параметры контактного взаимодействия тел (Рисунок 9.1).
Рисунок 9.1 - Карта контроля контактов
Основными настраиваемыми параметрами являются ISLCHK - параметр включает поиск начальных проникновений в системе. Рекомендуется включать проверку, когда есть изначально контактирующие поверхности. Значение параметра 1 означает, что начальные проникновения не будут искаться, а 2 что поиск будет произведён. Параметр SHLTHK отвечает за включение толщины оболочек в контактное взаимодействие, если задать значение 0, то толщина не рассматривается, 1 - рассматривается только у деформируемых тел, 2 - рассматривается у всех оболочек. Рекомендуемое значение 2. PENOPT - метод подсчета жесткости в контакте. Рекомендуемое значение 1.
Следующая карта контроля - control coupling, карта позволяет преобразовывать единицы измерения модели в любые другие. Рекомендованные значения показаны на рисунке 9.2.
Рисунок 9.2 - Карта контроля размерностей
Основными параметрами являются: масштаб предобразования длины (UNLENG), масштаб времени (UNTIME), масштаб сил (UNFORCE).
Основным назначением карты контроля control energy является вычисление различного рода энергий: паразитных энергий (HGEN), рассеянной энергии при трении об абсолютно жесткие тела (RWEN), SLNTEN - энергия пружин в контакте, RYLEN - энергия, рассеянная в процессе счета модели о деформируемые тела. (Рисунок 9.3)
Рисунок 9.3 - Карта контроля энергии
Наиболее важными при расчете ограждений являются первый и третий параметры, характеризующие потери энергии на численные ошибки, не имеющие физического значения. Рекомендуется, чтобы конечное значение паразитной энергии не превышало 10%, от общей энергии системы. Конечное значение энергии пружин в контакте не должно быть больше 1-2% от общей энергии.
Существует несколько способов контроля паразитной энергий. Все их можно задать с помощью карты control hourglass. Контроль паразитных энергий необходимо задавать элементам, испытывающим сдвиговые нагрузки, например, элементам крышки или стойки.
Рисунок 9.4 - Карта контроля паразитной энергии
Следующие две карты определяют параметры шага по времени. Рекомендуется, чтобы шаг по времени не превышал 
c, без масштабирования шага по времени.
c, без масштабирования шага по времени.
Рисунок 9.5 - Карта контроля паразитной энергии
Масштабирование шага - процедура изменения плотности элемента, за счет чего меняется скорость прохождения волны возмущения, и как следствие элемент начинает удовлетворять условию Куранта. Минус означает, что данный шаг по времени будет применен только в том случае, если какой-то из элементов не удовлетворяет критерию Куранта для автоматически рассчитанного шага. Следует отметить, что в процессе деформации элементы изменяют форму, и элементы, изначально удовлетворяющие критерию Куранта, могут перестать ему удовлетворять, поэтому эта опция крайне полезна в случае больших деформаций.
10 Пример создания модели ограждения
10.1 Пример создания модели ограждения и симуляционного расчета с деформируемым ТС
Ниже приведен пример моделирования наезда деформируемой модели автобуса на 4-х тросовое дорожное ограждение. Карты, определяющие модели троса, стоек и грунта, а также карты контроля для этой модели приведены в приложениях А.1, А.2, А.3.
КЭ модель автобуса приведена на рисунке 10.1. Автобус имеет следующие характеристики: масса - 12 т, длина 12,5 м, колесная база 6,5 м, габаритная ширина 2,5 м.
Все элементы автобуса, вступающие в непосредственный контакт с ограждением деформируемые (обшивка, рама кузова). Элементы конструкции, непосредственно не вступающие в контакт были представлены, как абсолютно жесткие тела с массой и ее распределением близкими к реальным.
Рисунок 10.1 - Внешний вид сетки КЭ-модели автобуса
Модель автобуса являлась одной из компонент общей симуляционной модели краш-процесса наезда ТС на ограждение (рисунок 10.2), которая помимо автобуса включала в себя тросы, стойки, гильзы, грунт, землю (задавалась через карту planar rigid wall).
Рисунок 10.2 - Внешний вид КЭ симуляционной модели наезда автобуса на тросовое ограждение
Для моделирования троса использовалась балочно-оболочечная модель, описанная в пункте 7.1.4. Стойки и гильзы моделировались из MAT_024 с использованием 2ого типа элементов. Грунт моделировался с использованием MAT_005. Контакт задавался между: шинами автобуса и поверхностью через automatic_single_surface_contact