Bremar Automotion携手Altair RADIOSS设计认证赛车防滚架

行业：赛车

挑战：确认计算机模型的精度与整个防滚架的物理测试作为先决条 件以获得CAMS和FIA的认证。

Altair 解决方案：RADIOSS非线性有限元分析

优点：更安全、更轻的防滚架 ；在认证过程中具有较高的 置信度

背景介绍

国际汽车运动联合会（FIA）是作为赛车运动的世界管理机构而被大家熟知， 澳大利亚赛车联合会（CAMS）是 FIA 在澳大利亚是的代表机构。CAMS 和 FIA 的目标是保证所有赛车活动执行最高的安全标准、公平性和社会责任感。

总部位于澳大利亚墨尔本的 Bremar Automotion 是一家工程设计公司，专 业使用 CAE 技术来模拟、试验、验证和优化设计服务于各个行业，如汽车、卡 车、拖车、矿产车、工业设备和赛车等。最近，Bremar Automotion 获得 CAMS  和 FIA 的批准通过使用有限元（FEA）技术来验证赛车防滚架的设计。这项列 于 FIA 技术清单第 35 项的著名认证，使 Bremar Automotion 在澳大利亚和全 球可以用 FEA 独立认证赛车的防滚架设计。

挑战

防滚架是所有赛车的主要安全结构，在事故发生时保护驾驶员。在许多的 车辆的设计里，防滚架也是底盘的主要结构，它的设计往往要考虑刚性、安全、 重量和成本之间的复杂的平衡关系而寻找一个最佳方案。  

作为其认证过程的要求，Bremar Automotion 需要构建一个全尺寸的防滚 架并对其进行物理测试，测试中要承受 FIA 指定的防滚架载荷。进行破坏性试 验的目的一方面是与仿真结果对标以确保计算机模型的精度，另一方面是向 FIA 展示其设计能力。

Bremar 设计用于物理测试的防滚架为在载荷作用下结构产生了大的塑性 变形，需要采用非线性、大变形和塑性变形 FEA 分析。由于 Bremar 工程师 已经是 Altair HyperWorks 产品的资深用户，采用 RADIOSS 对这个项目进行非 线性分析是最明智的选择。

““我们只用 Altair 的产品进行仿真模拟，我们很高兴看到仿真模拟和物理测试之间的 这种良好的相关性，我们不仅对测试方法非常自信，而且对 Altair 的软件也充满信心。这 是一个伟大的产品，测试结果和仿真分析的这些图片就是有力的证明。” Brett Longhurst 总经理 Bremar Automotion

解决方案

他们首先设计一个适合试验台的低碳钢防滚架，基于重约 1200kg 的中型车辆。FIA 的要求在防滚环上加载是大 约 10T。一旦 FIA 载荷标准达到，在防滚环上再次进行试验，采用最大允许 50mm 的位移，需要超过 20T 的载荷。 该防滚架采用许多种传感器和应变片，以测量结构不同位置的位移和应变，同时要与 FEA 模型对标并记录液压缸的 位移和载荷。

物理测试的结果和 RADIOSS 仿真的 FEA 结果展示了物理测试和计算机模型的相关性。Bremar Automotion 总 经理 Brett Longhurst 说道：“图中显示主要箍承受载荷与变形的关系，该图显示物理测试的曲线与 FEA 结果十分接 近，这几幅图清楚地表示了 RADIOSS 模型和物理测试良好的相关性。”

对整个防滚架进行附加的测试，以观察在非常大位移发生时的行为。载荷加在无支撑的车顶，强制位移大约为 120mm。由于高度非线性行为，模拟这种加载和挠度是比较复杂的。

最后，由于防滚架结构基本上是焊接接头构成的，对防滚架进行了一系列测试以了解焊接接头的局部行为。对不 相同尺寸的管和材料属性进行了六个独立的测试，目的是相比不同管和材料的强度和性能。这些测试也是用来验证和 开发在 FEA 分析中焊接接头的模建过程。

为执行这些试验，设计了一套固定装置测试 T 型焊接接头。固定装置是符合 FIA 的标准用于测试螺栓的防滚架 连接。各种规格的碳钢、铬钼钢（俗称 chromoly）焊接件进行微调进行物理测试和有限元分析。在焊接区域得到了 很好的相关性结果，这是一个非常宝贵的部分，因为它可以准确地并且保守地对焊接接头如何进行建模且预估其失效 提供了关键的见解。

结论

为了得到更高的置信度，还进行了一些超出 FIA 的认证要求的测试。Bremar 的测试表包括在高防倾翻系统(ROPS) 进行一系列的物理测试，如货车、拖拉机和土方机械等。这些测试均与仿真结果取得良好的相关性，再次证明 Bremar 仿真和 RADIOSS 软件的准确性。

Longhurst 先生说道：“我们做了一系列在 FIA 认证过程中不需要的额外测试。这些额外测试使我们能够获得尽 可能多变形的结构。我们感兴趣的是在高变形、高非线性区域对模型进行相关性分析，所以我们在测试设备允许的条 件下尽量进行测试。在大多数情况下，相关性在位移的整个范围都很好。”Longhurst 先生说，“我们用 Altair 的产 品进行仿真模拟，我们很高兴看到仿真模拟和物理测试之间的这种良好的相关性，我们不仅对测试方法非常自信，而 且对 Altair 的软件也充满信心。这是一个伟大的产品，测试结果和仿真分析的这些图片就是有力的证明。”他总结道。

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