VPG軟體是ETA(Engineering Technology Associates, Inc.)在對各大汽車廠商(如FORD、GM、DAIMLERCHRYSLER、KIA等)近20年合作的工程諮詢、技術服務過程中,積累了豐富的汽車業CAE技術服務經驗而開發出的整車仿真軟體。
VPG技術的出現和汽車行業對CAE的需求密不可分,近十年來,汽車CAE分析技術已經深入到產品設計的流程中,但是汽車技術的發展已不滿足於零部件分析,需要更快速、更方便、
更準確進行大系統,直到整車系統更真實的非線性仿真。其次,
系統分析可以克服零部件
結構分析中載荷不定因素所存在的誤差。第三,汽車產品設計已進入有限壽命設計階段,要求汽車在設計的使用期內整車和零部件完好,不產生疲勞破壞,而達到使用期後,零部件儘可能多的達到損傷。以求產品輕量化,節約材料和節省能源,這更需要使用真實載荷分析。汽車整車性能,如舒適性、行駛操縱穩定性分析也不滿足於傳統的剛性簡化假定,要求考慮結構變形剛度影響。在這樣的背景下,1995年ETA提出VPG技術,構制統一平台,簡化建模過程,引入虛擬試驗場,從而只需建立一個整車模型(過程簡單),就能夠在汽車真實試驗條件(真實路面載荷)下,進行整車非線性虛擬樣機仿真,達到動態參數設計的目的。同時針對碰撞安全法規的要求,內置歐美碰撞安全法規和各種碰撞模型(假人、壁障、安全帶等),輕鬆進行碰撞安全仿真。
1998年發布VPG 1.0版,2001年發布2.0,最新的版本是3.2。2002年VPG與FEMB(ETA公司另一功能強大的前處理軟體)整合形成三大模組(VPG/PrePost、VPG/Structure VPG/Safety)。ETA公司軟體開發的定位:進行指定軟體的專用界面和指定行業的專用模組開發,成為具有獨一無二軟體產品的整合者(VPG技術獲得了美國的專利:專利號-5880362)。以其易用性和專業性領導整個汽車CAE行業的最新發展趨勢。
四 VPG功能:
VPG虛擬試驗場的功能是進行有關整車系統全部試驗項目仿真:
· 道路條件下,整車系統疲勞壽命分析
· 柔性和剛性體組合體(含整車系統)的非線性系統動力學分析
· 整車系統NVH 分析
· 碰撞仿真和乘員保護及評價
五 VPG特點:
VPG 的主要特點:
1. 是在最著名的非線性軟體LS-DYNA 平台上開發的產品,保留了大型通用非線性軟體LS-DYNA的全部功能。
2. 有強大的建模能力,標準模型資料庫化。VPG有全面的標準模型資料庫,例如懸掛模型、輪胎模型等,一般只要調用就可以方便地形成整車分析模型。常用的懸架模型有:
–McPherson液壓減振器 Strut –長短臂Short-long Arm
–Hotchkiss漸變葉片彈簧(Leaf Spring) –後拖臂Trailing Arm
–五連桿5-link –四連桿Quadra Link
–扭桿Twist Beam –實體軸Solid axle
3. 對整車非線性分析,輪胎模型是特別關鍵的。所以VPG資料庫有特別豐富的輪胎模型描述,以適應車身疲勞和壽命分析、振動噪聲的NVH研究、動力學分析的需要。
· 用於車身疲勞和壽命分析的輪胎模型:
內部函式構造輪胎模型
從輪胎庫中直接選取
允許直接輸入試驗數據
SAE971100論文 所述的輪胎模型
· 用於評價振動噪聲的NVH研究的輪胎模型 :
更詳細的輪胎結構
更複雜的輪胎材料
B.G.KAO等人研究的輪胎模型
· 用於動力學分析的輪胎模型:
一般只需給出輪胎型號
4. 載荷條件資料庫化,對於疲勞、NVH和動力學分析,提供標準的路面模型,引入美國MGA汽車試驗場路面資料庫:
· 交替擺動路面(Alternate Roll)
· 槽形路(Pothole Tracks)
· 鵝卵石路(Cobblestone Tracks)
· 大扭曲路(Body Twist Lane)
· 波紋路(Ripple Tracks)
· 搓板路 (Washboards)
· 比利時石塊(Belgian Block)
5. 模組化的軟體集成環境
VPG/PrePost 模組
VPG/Structure 模組
VPG/Safety 模組
6. 百分之百支持LS-DYNA所有的關鍵字, VPG/PrePost支持LS-DYNA所有的關鍵字,用戶可以很方便的進行圖形界面輸入,無需進行文本編輯,並且每一個關鍵字的參數都有簡要的說明。 H-Point
7. 強大的
格線生成功能,汽車的大量部件為板金件,一般劃分為殼單元,對格線的要求是能自動生成四面體格線,花時少,格線的質量保證(三角形格線應嚴格控制在一定的百分比內),VPG/PrePost具有自動快捷分網,人工控制格線質量等特點。
8. 強大的自動焊點處理功能,在汽車模型中,點焊是主要的聯接方法,一般有3000-4000多個,在建立有限元模型時,點焊的人工處理工作量很大,並且容易出錯,嚴重影響工作的進度,VPG提供自動焊點處理工具,非常快捷的生成焊點。
9. 基於FLANGE的格線劃分功能,在汽車模型中,由於焊接等工藝的要求,許多部件具有FLANGE,該部分的格線劃分受到焊點單元生成的要求,希望是比較規則的格線,VPG/Prepost提供此功能,統一把FLANGE劃分成兩排四邊形單元。
10. 全部分析控制程式化,套用方便,結果評價服務完善。
六 VPG/Structure套用舉例:
· 小型車搓板路振動分析和NVH評價,將時間域信號變換為頻率域進行NVH評價。
· 懸掛系統運動學仿真,蛇形行駛試驗的仿真模型和結果
· 疲勞例題:
懸掛上蓋板應力回響和疲勞壽命評估
懸掛控制臂工作過程的應力回響和壽命評估
七 VPG/Safety特點
1.VPG/Safety是一個汽車碰撞仿真和乘員安全專門模組。除VPG通用庫外還提供了:
·假人
–SID 和 EUROSID假人模型 (FTSS 和 Generic)
–混合 III 型假人模型 (FTSS 和 Generic)
–兒童假人模型 (FTSS)
·壁障
–FMVSS/ECE 側碰壁障。
–0度剛性正碰壁障
–30度剛性正碰壁障
–偏置正碰可變形壁障
–後碰壁障
·衝擊錘
–撞錘
–擺錘
–頭錘
2.在碰撞仿真能力方面VPG/Safety提供了標準碰撞測評模式,基本上包括了全部安全檢測標準,極大地方便了用戶套用。
整車防撞分析:
FMVSS 規則
FMVSS 208 (正碰)
FMVSS 214b (側門侵入)
FMVSS 214 (側碰)
FMVSS 208 (0度/30度剛牆)
FMVSS 216 (頂蓋壓垮)
FMVSS 301 (平面剛牆後碰)
FMVSS 301(70% 偏置可變形壁障後碰)
ECE規則
ECE 94 (40%偏置可變形壁障正碰 )
ECE 33 (正碰)
ECE 34 (後碰)
ECE 95 (側碰)
保險/消費者要求
正面柱碰撞
側面柱碰撞
IIHS 40% 偏置可變形壁障正碰
AMS (剛性15度, 50%偏置防滑行設備)
保險槓碰撞 FMVR581(平面偏置擺錘)
乘員安全分析
FMVSS 201 (自由運動頭碰撞)
FMVSS 207/210 (安全帶固定點)
FMVSS 225 (兒童約束系統)
FMVSS 208 (雪橇實驗乘客仿真)
FMVSS 208 (膝蓋墊仿真)
FMVSS 203 (操縱控制系統)
ECE 17 (行李侵入)
ECE 12 (操縱控制系統)
3.方便實用的假人定位系統:在汽車碰撞仿真中,假人的放置和調整非常煩瑣,VPG/Safety提供專門的假人定位工具,完全按照人體關節運動原理調整假人位置。
4.簡單快捷的安全帶生成方式,用戶只需定義四點來自動生成安全帶模型。
5.VPG/Safety 提供工具自動進行氣囊摺疊,簡化用戶建模。
6.VPG/Safety使用方法特別簡單:
在 使用方法方面,VPG技術拋棄了通用軟體的複雜、繁瑣、深奧地命令和選擇項目,實現了按
選單引導,方便輕鬆地完成仿真任務。下圖的9 個步驟,就可以方便地完成 ECE95 側碰撞仿真工作,為用戶提供了極大方便。避免了在使用
通用軟體中所必須提供的複雜命令、選擇和卡片的輸入。
下面為ECE 95側撞擊的簡單步驟:
5. 定義 假人的H 點位置
6. 選擇側面碰撞目標位置
7. 檢查自動接觸定義
8. 提交分析
9. 根據 ECE 指導說明分析結果