本发明涉及汽车虚拟性能技术领域，具体涉及一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法。
背景技术：
中国保险汽车安全指数c-iasi从耐撞性与维修经济性指数、车内乘员安全指数、车外行人安全指数和车辆辅助安全指数四个方面进行测试评价，在车内乘员安全指数中包括正面25％偏置碰撞试验、侧面碰撞试验、车顶强度试验和座椅鞭打试验，其中正面25％偏置碰撞对车内乘员的安全具有重要意义。由于正面25％偏置碰撞刚性避障与车身偏置率较小，大多数车体纵梁前端无法参与有效变形吸能，导致碰撞能量无法有效耗散，撞击侧零件与连接件发生大量失效。由于而车身侵入量是作为耐撞性研发重要的考察指标，轮辋的偏转姿态与强度是影响上、下车体侵入量的显著因素，而轮辋通过螺栓连接着转向节，转向节通过球铰链分别连接着转向横拉杆、摆臂等底盘部件。因此底盘区域球铰链断裂与否控制着轮胎在碰撞过程中的偏转姿态，轮胎偏转姿态的不同，会导致碰撞载荷传递方式不一样，从而直接影响车体耐撞性评级。因此在车型开发过程中需要对球铰链失效做出预测。
汽车前悬架系统部分转向节连接的球铰链包括与摆臂之间球铰链、与转向横拉杆之间球铰链以及横向稳定杆与横向稳定杆连接杆之间球铰链，球铰链的主要结构元件是球头、球头销和球头壳，球铰链在实际使用过程中，球头和球头销是一体成型的，球头壳内开设有球头壳容纳球头。碰撞过程中球头销在轴向上移动到球头壳上边缘的极限位置时，球铰链容易发生拉脱失效，球铰链因受力而摆动时，球头销摆动至任意位置并接触到球头壳的上边缘容易发生压脱失效。
在ls-dyna仿真环境中，现有仿真手段通常使用铰链关键字对底盘不同类型球铰链进行模拟，铰链关键字卡片提供了六个方向的失效载荷阈值模拟其断裂力学行为，但由于整车碰撞的数值仿真输出铰链载荷波动较大，幅值震荡易超出阈值边界，造成非真实的失效，因此现有仿真方法难以准确模拟铰链失效的力学行为。
技术实现要素：
本发明意在提供一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，以解决现有仿真方法无法模拟压脱失效和拉脱失效的问题。
本方案中的一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，包括以下步骤：
步骤s1，使用拉脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次拉脱试验，使用压脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次压脱试验，获取多种球铰链在拉脱试验后的拉脱试验力学特性曲线，获取多种球铰链在压脱试验后的压脱试验力学特性曲线；
步骤s2，获取多种球铰链三维模型，将球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线数据平均处理后输入给球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元，并对球铰链虚拟网格模型中球头部分进行热膨胀预紧处理，得到球铰链虚拟仿真模型，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤s1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证；
步骤s3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤s2；
步骤s4，在步骤s3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，将整车虚拟模型仿真失效结果与整车25％偏置试验结果进行对比，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤s3。
本方案的有益效果是：
针对每种球铰链类型分别进行多次拉脱试验和压脱试验，并在完成试验后进行平均化处理，避免由于单次试验结果偶然性带来的误差，并以拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线给球铰链网格模型中失效弹簧单元赋予不同自由度方向上刚度与失效特性，使得球铰链在三个自由度方向上具有真实的刚度，对球铰链虚拟网格模型中球头虚拟网格模型进行热膨胀预紧处理，使得球头部分不会在球头壳中窜动，保证球铰链载荷输出的平稳性；将赋予了力学特性的球铰链进行零部件的仿真验证后，再进行悬架子系统级验证，将悬架子系统级验证成功后的球铰链加入整车虚拟模型中进行正面25％偏置碰撞仿真，并将整车虚拟仿真模型的球铰链失效结果与实车试验球铰链失效结果进行对比，在对比结果的误差位于预设误差范围外时重新进行步骤s3。本方案将球铰链失效虚拟解决方案运用于车辆正面25％偏置碰撞仿真试验中，通过对铰链失效进行预测能够精确模拟车身耐撞性结果，更好的指导悬架系统匹配安全性能设计。
进一步，所述步骤s2中，球铰链三维模型包括球头壳、球头和球头销，所述球头位于球头壳中，所述球头与球头销相互独立，在网格离散化处理时，先将球头壳、球头和球头销网格离散化处理得到球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型，并通过失效弹簧单元将独立的球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型连接起来，将步骤s1所述拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线经工程化处理后赋予失效弹簧单元材料卡片中。
有益效果是：由于现有仿真中铰链结构的球头销虚拟网格模型都是使用铰链关键词进行模拟，使用单个失效载荷评判铰链是否发生失效，而数值仿真载荷的振动容易导致非真实的失效结果，因此无法较好预测球铰链冲击工况下的脱落，本方案基于真实球铰链失效模式试验结果，对球铰链中的各个部分进行了精细化建模，并以此建模后的模型进行仿真，不仅通过球头与球头壳之间的接触行为模拟了球头副功能，更能准确表现出球铰链在实际的冲击工况下的失效情况，提高仿真结果的准确性。
进一步，所述步骤s2中，将球头虚拟网格模型赋予弹性材料，并通过ls-dyna中关键字实现球头虚拟网格模型热膨胀从而达到与球头壳之间的预紧效果，预设时间后将弹性的球头材料转换成刚性材料，完成填充球头壳虚拟网格模型间隙预紧效果。
有益效果是：由于在实际的球铰链中，球头与球头壳内壁间有塑料层结构以减少运动时的噪音，由于该塑料层结构的尺寸非常小，在仿真建模时非常困难，若不对该塑料层结构进行仿真建模，仿真会引起球头处的跳动，从而引起仿真结果与实际存在较大的误差。所以，本技术方案通过在预设时间内的材料转换和膨胀处理，克服了球头与球头壳之间的塑料层结构无法仿真建模的问题，防止仿真时球头的跳动引起仿真结果的误差。
进一步，所述失效弹簧单元通过在ls-dyna软件中mat196号材料卡片中定义三个自由度方向的力学失效特性参数，失效特性参数来源于步骤s1的拉脱试验和压脱试验。
有益效果是：从三个自由度方向给球铰链定义力学失效特性参数，让模拟的球铰链虚拟网格模型与小偏置碰撞中的球铰链真实失效模式保持一致。
进一步，所述球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型的每部分通过预设需求定义模型几何属性和材料力学特性。
有益效果是：通过给球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型赋予力学特性，保证球铰链仿真模拟能够达到真实的强度。
进一步，所述力学特性的定义通过在ls-dyna软件中mat196号材料卡片输入处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的材料参数进行，从处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线中提出的参数包括：二者线性段刚度值以及失效位移。
有益效果是：由于铰链失效是一个非线性弹性过程，从拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线获取线性段的刚度值和失效位移，并赋予到球铰链网格模型中，让仿真的球铰链网格模型在失效之前有真实的刚度，且提供基于失效位移物理量的断裂参数，位移参数波动量在ls-dyna数值仿真中较载荷物理量更稳定。
进一步，在球铰链的零部件级仿真模拟、悬架子系统级仿真模拟以及整车级仿真模拟中，均通过真实试验对标结果将三个自由度方向上处理后拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线y值在±20％区间内缩放以匹配真实试验结果，让失效之前的时间段内，球铰链轴向刚度与两个方向弯曲刚度与真实试验保持一致，材料卡片中刚度定值来源于缩放后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的线性段斜率，失效位移参数通过拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线首次峰值所对应的位移作为参考，依据悬架子系统级、整车级对标试验结果调整失效位移参数在±20％区间内缩放，当碰撞载荷让球头销虚拟网格模型与球头虚拟网格模型部分产生的相对位移超过许用的失效位移参数时候，球铰链发生失效。
有益效果是：球铰链在力学特性曲线上表征出来的实际工程失效情况在于刚度值开始下降的点，所以，根据力学特性曲线的线性段获取对应刚度值，以力学特性曲线的首次峰值对应的位移为失效位移，并将力学特性曲线和失效位移进行缩放，为球铰链虚拟网格模型提供了全面的优化参数。
附图说明
图1为本发明预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法实施例一的流程图；
图2为本发明预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法实施例一中的摆臂球铰链虚拟网格模型；
图3为本发明预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法实施例一中添加mat196失效材料参数的卡片图；
图4为本发明实施例一中摆臂球拉脱试验后的铰链拉脱试验力学特性曲线图；
图5为本发明实施例一中摆臂球压脱试验后的铰链压脱试验力学特性曲线图；
图6为本发明实施例一中摆臂球压脱试验后球头销的位移示意图；
图7为本发明实施例一中球头销的虚拟网格模型图；
图8为本发明实施例一中球头的虚拟网格模型图；
图9为本发明实施例一中球头壳的虚拟网格模型图；
图10为本发明实施例一中拉脱夹具的爆炸图；
图11为本发明实施例一中压脱夹具的主视图；
图12为图11中限位板与夹持架的放大结构图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
说明书附图中的附图标记包括：底座1、上压模2、夹持柱3、通孔4、夹持件5、开口6、底板7、腰板8、斜面板9、限位板10、卡板11、抵压孔13、卡口14。
实施例一
预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤s1，使用轴向拉脱夹具对车辆底盘的多种球铰链进行夹持，再利用电子万能试验机对多种球铰链分别进行多次的轴向拉脱试验，使用压脱夹具对车辆底盘的多种球铰链进行夹持，再利用电子万能试验机对多种球铰链分别进行多次的压脱试验，球铰链的类型包括摆臂球铰链、转向横拉杆球铰链和挺杆球铰链，试验的次数可以根据实际试验结果进行设置，本实施例一中试验的次数为三次，即对摆臂球铰链分别进行三次拉脱试验和压脱试验，对转向横拉杆球铰链分别进行三次拉脱试验和压脱试验，对挺杆球铰链分别进行三次拉脱试验和压脱试验，每进行一次试验就使用一副球铰链，通过每种类型的球铰链的多次拉脱试验得到拉脱试验力学特性曲线，通过每种类型的球铰链的多次压脱试验得到压脱试验力学特性曲线。
步骤s2，获取多种球铰链的三维立体模型，利用有限元前处理软件对球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将平均化处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线输入至球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元材料卡片，并对球头虚拟网格模型进行热膨胀预紧处理，将球头虚拟网格模型的材料在预设时间内由弹性材料转换成刚性材料，并在预设时间后将球头膨胀至真实的厚度尺寸，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤s1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证。
在步骤s2中，球铰链三维模型包括球头壳、球头和球头销，球头位于球头壳中；在处理球铰链虚拟网格模型时，先将球头壳、球头和球头销网格离散化处理建立球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型、球头销虚拟网格模型以及连接球头销部分与球头部分的失效弹簧单元，球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型相互独立，以摆臂球铰链为例，摆臂球铰链的虚拟网格模型包括如图7所示的球头销虚拟网格模型、如图8所示的球头虚拟网格模型和如图9所示的球头壳虚拟网格模型。
在步骤s2中，通过ls-dyna中关键字实现球头虚拟网格模型的热膨胀从而达到与球头壳虚拟网格模型之间的预紧效果，球头虚拟网格模型与球头壳虚拟网格模型预紧过程中使用的关键字，在仿真模型初始时刻，定义比实际cad小的参数，球头在由于使用材料40crmo，该材料强度等级较高，在实际碰撞工况中通常很难变形，在实际建模时使用软件中的壳单元赋予刚体材料表征其力学特性，具体为：球头虚拟网格模型网格尺寸划分定义比cad直径小的参数，使球头虚拟网格模型与球头壳虚拟网格模型没有干涉，球头虚拟网格模型材料预定义弹性材料mat-1，厚度t＝1mm；使用关键字*mat_add_thermal_expansion，设置球头虚拟网格模型热膨胀参数，以所有球定义的节点集合，使用热加载，设置膨胀比例参数；使用关键字*load_thermal_varible，在5ms后，5ms即预设时间，把球头虚拟网格模型的材料由弹性材料转换成刚性材料，完成填充球头壳虚拟网格模型间隙的预紧效果；使用关键字*deformable_to_rigid_automatic，在5ms以后膨胀到真实的厚度尺寸，使得球头虚拟网格模型与球头壳虚拟网格模型有真实接触应力，实现球头虚拟网格模型与球头壳虚拟网格模型预紧。
在步骤s2中，球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型的每个离散单元通过赋予厚度和刚体材料进行力学特性赋予，球头销虚拟网格模型的材料主要是42crmo，屈服强度达到1000mpa以上，在碰撞过程中几乎不变形，力学特性接近于刚体，因此使用2mm壳单元表征球头销虚拟网格模型特征轮廓，以赋予刚体材料。球头壳虚拟网格模型连接在摆臂位置，用2mm二阶四面体单元模拟，赋予真实材料。由于需要模拟球头从球头壳中脱出物理现象，建模时将球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型作为单独的两部分，如图2所示，两部分分别为：球头销虚拟网格模型和球头虚拟网格模型，要让球头虚拟网格模型与球头壳虚拟网格模型达到实心42crmo材质的要求，让球头虚拟网格模型也采用使用2mm壳单元表征其特征轮廓，球头销虚拟网格模型与球头虚拟网格模型中间采用失效弹簧单元连接，失效弹簧单元通过赋予长度、截面直径和刚体材料进行力学特性赋予，失效弹簧单元长度3mm，直径与真实的球头销在该处直径保持一致，如图3所示，力学特性的赋予通过向mat196号材料卡片输入拉脱载荷曲线和压脱载荷曲线的材料参数进行，通过失效弹簧单元给球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型之间的力学连接赋予力学特性，从处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线中提出的参数包括：二者线性段刚度值以及失效位移。
步骤s3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统的台车试验与仿真验证，即将三种球铰链虚拟网格模型放入悬架子系统级的台车中，进行试验与仿真对比，并输出对比失效结果，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤s2，即在正面25％偏置碰撞台车模型中展示测试，并输出失效结果，该悬架子系统为试验台车上包含了三种球铰链的前悬架子系统部分的试验小车，该前悬架子系统和试验小车的具体结构为现有技术，在此不在赘述。
步骤s4，在步骤s3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，对整车虚拟模型仿真失效结果与并同整车25％偏置试验结果进行对比得到整车结果，当整车结果位于预设误差范围外时，返回步骤s3。
通过ls-dyna分析对比试验力学特性曲线与仿真输出的力学特性曲线对赋予力学特性后的整车虚拟网格模型和球铰链虚拟网格模型进行等效应力计算，在上述球铰链的零部件级仿真模拟、悬架子系统级仿真模拟以及整车级仿真模拟中，当碰撞载荷传递至球铰链虚拟网格模型的失效位置，材料类型为mat196弹簧失效单元，通过真实试验对标结果将三个方向的处理后拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线y值在±20％区间内缩放以匹配真实试验结果，失效之前的时间段内，让球铰链轴向刚度与两个方向弯曲刚度与真实试验保持一致，卡片中刚度定值来源于处理后拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的线性段，失效位移通过拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线首次峰值所对应的位移作为参考，将对标试验结果在失效位移值的±20％区间内缩放。
在压头压着球头销进行压脱试验时，球头销在受到压力时脱出球头壳的过程表现为产生较小的弯曲弧度，由于在mat196号卡片中输入该自由度的弯曲刚度位移曲线的横坐标是弧度值，需要将球头销的移动位移转换成弯曲弧度，以图6所示，具体的计算过程为：
加载位移为detal＝l-l1，其中，l＝r*sin25、l1＝r*sina、r＝60/cos25；
由此可有，sina＝(r*sin25-detal)/r，即a＝arcsin{(r*sin25-detal)/r}，那么转角为b＝25-a；
力矩计算：由图可知d1＝r*cosa，力矩为m＝f*d1。
根据大量不同实车碰撞试验，观察得到球铰链失效模式分为两种，拉脱失效以及压脱失效，为获取两种失效模式下的失效载荷曲线，采用万能试验机分别对三种不同规格底盘球铰链进行失效测试，为消除球铰链零件制造因素导致试验曲线的波动，对每种类型球铰链进行三次试验，试验后对三次试验获取的载荷曲线算术平均，输出一条。因此合计对底盘三种类型球铰链，进行两种类型试验，总共18次试验。
以摆臂球铰链为例进行拉脱试验和压脱试验。拉脱试验的拉伸速度为250mm/min时，摆臂球铰链拉脱载荷曲线图4所示，采用算术平均方法，将三次试验结果平均成一条拉脱试验力学特性曲线。压脱试验的下压速度为250mm/min时，摆臂球铰链压脱载荷曲线图5所示，采用算术平均方法，将三次试验结果平均成一条压脱试验力学特性曲线。
拉脱夹具，如图10所示，包括底座1，底座1中心处开设有抵压孔13，底座1上可拆卸连接有夹持机构，夹持机构可通过多个螺栓进行可拆卸连接，夹持机构包括压件和成对根据球铰壳尺寸配套定制的夹持件5，压件将夹持件5压在底座1上进行限位，夹持件5能够卡在球头壳卡槽的下方。
压件包括上压模2，上压模2与底座1形状相同，上压模2和底座1的外形成圆柱状，上压模2通过多个螺栓与底座1可拆卸连接，例如上压模2上开设四个贯穿的螺纹孔，底座1上开设与螺纹孔位置一一对应的螺纹连接孔，上压模2通过螺栓或螺钉与底座1可拆卸连接；上压模2朝向底座1的侧壁上开设有容纳夹持件5的限位槽，上压模2上开设有连通限位槽的开口6，开口6沿着上压模2的径向延伸；上压模2中心处开设有连通开口6并贯穿限位槽槽底的通孔4，通孔4的直径小于夹持件5的直径，底座1的底部上一体成型有供试验机从下方进行夹持的夹持柱3，夹持柱3外侧壁上预设有螺纹，夹持柱3与试验机螺纹连接；夹持机构配套有螺纹连接在球头销上的圆柱套筒，圆柱套筒供试验机在上方进行夹持，试验机可用现有ctm8010型号的微机控制电子万能试验机，试验机的具体结构在此不赘述。
每个夹持件5的径向截面成弧形状，每个夹持件5的轴向截面成l形，两个夹持件5能够组合成圆环，任一夹持件5上开设有卡口14，夹持件5与球铰链间预设有活动间隙，夹持件5与球铰链间的活动间隙可以设置0.5mm-1mm。
在进行拉脱试验前，将球头壳底部抵在抵压孔13内，将两个夹持件5卡在球头壳外，球铰链的转向横拉杆伸出卡口14，球头销伸出通孔4，再将上压模2罩在夹持件5外，最后将上压模2通过螺钉固定到底座1上，针对横向稳定杆与横向稳定杆间的球铰链，安装过程与上述一致，如图3所示，针对转向节与摆臂间的球铰链，安装过程与上述一致，如图4所示；即在进行拉脱试验前，先将夹持件5从球铰链的球头壳外侧壁卡在其限位槽下方，然后将球铰链的球头销从开口6卡入限位槽中，保持球头销位于通孔4中，将圆柱套筒旋拧至球头销上，让转向横拉杆从开口6伸出，通过螺栓将上压模2固定在底座1上；由试验机从上方夹住圆柱套筒，由试验机从下方夹住夹持柱3，启动试验机，让试验机分别向上和向下拉球铰链，直至球头从球头壳中脱落完成一次试验；试验完成后，停止试验机，取下夹持机构，拧下螺栓，取出球铰链和夹持件5进行下一次试验。
压脱夹具，如图11和图12所示，底座1和夹持件5的具体形状和结构不同，底座1包括围成三角空间的底板7、腰板8和斜面板9，腰板8一端焊接在底板7上，斜面板9的倾斜角度为45°-60°，斜面板9一端焊接在底板7上，斜面板9的另一端与腰板8另一端焊接。
夹持件5的径向截面成圆弧状，夹持件5的轴线截面成l形，两个所述夹持件5能够形成c形，夹持件5的夹持端面与球铰链间具有活动间隙，活动间隙可以设置成1mm；压件还包括两块压住夹持件5的限位板10，限位板10与斜面板9通过螺栓可拆卸连接，限位板10位于斜面板9的中部处，限位板10上开设有容纳夹持件5并进行限位的夹持槽，夹持槽成l形；斜面板9上通过螺栓可拆卸连接有卡板11，卡板11位于限位板10上方处的斜面板9上，卡板11成长条状，在图上未画出。
在进行压脱试验时，将球铰链的球头壳放置在斜面板9的抵压孔13内，让转向横拉杆部分、摆臂部分或者横向稳定杆部分朝着斜面板9的下部，将夹持件5的弧面从摆臂的两侧抵在球头壳外侧壁上，通过限位板10卡住夹持件5，以螺栓将限位板10固定到斜面板9上；当在转向横拉杆部分、摆臂部分或者横向稳定杆部分朝向斜面板9的上部时，通过卡板11压住摆臂，将卡板11通过螺栓固定到斜面板9上；将圆柱套筒旋拧在球头销上，圆柱套筒的端部上一体成型有受力头，圆柱套筒配套有压头15，压头15包括一体成型的大段和小段，小段上设有外螺纹，压头15通过小段固定到试验机上；将底座1放置到试验机上，让受力头位于试验机压力施加部件的正下方，通过试验机压力施加部件向压力头施加压力，直至球头脱离出球头壳即为试验完成；完成试验后，取下圆柱套筒、夹持件5、卡板11和限位板10，准备下一次试验。
与现有通过关键字进行球铰链建模的方式相比，本实施例单独对球铰链进行了力学特性的赋予建模，并以赋予了力学特性的球铰链进行正面25％偏置碰撞仿真试验，并将仿真的失效结果与整车试验结果进行对比，在对比结果的误差位于预设误差范围外时重新给球铰链赋予力学特性，能够准确得到球铰链在碰撞工况下的失效情况，车辆在正面25％偏置碰撞仿真试验中车身的侵入量更真实，对于车辆在正面25％偏置碰撞工况下乘员安全指数评价更准确。
实施例二
与实施例一的区别是，在压脱试验中，针对转向节与摆臂间的球铰链，该球铰链的球头壳上的摆臂具有一定的角度，摆臂容易在试验过程中向着球头销一侧倾斜，从而干扰压脱试验。在压头的侧壁上安装有红外发射管，红外发射管的红外光线发送线路正对摆臂上位于限位块间中心线上的连接孔，在斜面板上安装有红外接收管，红外接收管位于限位板上方处的斜面板上，红外接收管信号连接有控制器，控制器信号连接有液压缸，液压缸安装在斜面板朝向腰板的侧壁上，液压缸的活塞杆正对连接孔，液压缸的活塞杆端部上焊接有限位柱，红外接收管安装在限位柱的侧壁上，以能接收到穿过连接孔的红外光线。
在进行压脱试验时，由红外发射管发射出红外光线，当红外接收管收到红外光线即表示是转向节与摆臂间的球铰链，压脱试验会受到摆臂的干扰，让红外接收管向控制器发送干扰信号，干扰信号即红外接收管的收到红外光线时的电信号，由控制器控制液压缸带动限位柱插入连接孔中，通过限位柱对摆臂进行限位，防止试验过程中的干扰。
而由于另外的球铰链的横拉杆或横向稳定杆会遮挡住红外接收管，此时则无需固定横拉杆或横向稳定杆，不必每个球铰链都进行除限位块以外的限位固定，且在需要固定时自动进行限位，节约试验过程中的装卸时间，提升试验效率。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
1.一种预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1，使用拉脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次拉脱试验，使用压脱夹具固定车辆底盘的多种类型球铰链分别进行多次压脱试验，获取多种球铰链在拉脱试验后的拉脱试验力学特性曲线，获取多种球铰链在压脱试验后的压脱试验力学特性曲线；
步骤s2，获取多种球铰链三维模型，将球铰链三维模型进行网格离散化处理得到球铰链虚拟网格模型，将拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线数据平均处理后输入给球铰链虚拟网格模型中失效弹簧单元，并对球铰链虚拟网格模型中球头部分进行热膨胀预紧处理，得到球铰链虚拟仿真模型，通过球铰链虚拟仿真模型复现步骤s1中的试验工况进行零部件级验证计算得到仿真结果，将仿真结果与拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线对比进行对标验证；
步骤s3，将进行了零部件级验证计算后的球铰链虚拟网格模型进行悬架子系统台车试验与仿真验证，输出台车试验与仿真验证的对比结果，对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤s2；
步骤s4，在步骤s3中的对比结果位于预设误差范围内时，将球铰链虚拟网格模型加入整车虚拟模型中，将整车虚拟模型仿真失效结果与整车25％偏置试验结果进行对比得到整车结果，整车结果对比结果位于预设误差范围外时，返回步骤s3。
2.根据权利要求1所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述步骤s2中，球铰链三维模型包括球头壳、球头和球头销，所述球头位于球头壳中，所述球头与球头销相互独立，在网格离散化处理时，先将球头壳、球头和球头销网格离散化处理得到球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型，并通过失效弹簧单元将独立的球头虚拟网格模型与球头销虚拟网格模型连接起来，将步骤s1所述拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线经工程化处理后赋予失效弹簧单元材料卡片中。
3.根据权利要求2所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述步骤s2中，将球头虚拟网格模型赋予弹性材料，并通过ls-dyna中关键字实现球头网格热膨胀从而达到与球头壳之间的预紧效果，预设时间后将弹性的球头材料转换成刚性材料，完成填充球头壳间隙预紧效果。
4.根据权利要求3所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述失效弹簧单元通过在ls-dyna软件中mat196号材料卡片中定义三个自由度方向的力学失效特性参数，失效特性参数来源于步骤s1的拉脱试验和压脱试验。
5.根据权利要求4所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述球头壳虚拟网格模型、球头虚拟网格模型和球头销虚拟网格模型的每部分通过预设需求定义模型几何属性和材料力学特性。
6.根据权利要求5所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：所述力学特性的定义通过在ls-dyna软件中mat196号材料卡片输入处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的材料参数进行，从处理后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线中提出的参数包括：二者线性段刚度值以及失效位移。
7.根据权利要求6所述的预测冲击工况下球铰链脱落虚拟仿真方法，其特征在于：在球铰链的零部件级仿真模拟、悬架子系统级仿真模拟以及整车级仿真模拟中，均通过真实试验对标结果将三个自由度方向上处理后拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线y值在±20％区间内缩放以匹配真实试验结果，使得在失效之前的时间段内球铰链轴向刚度与两个方向弯曲刚度与真实试验保持一致，材料卡片中刚度定值来源于缩放后的拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线的线性段斜率，失效位移参数通过拉脱试验力学特性曲线和压脱试验力学特性曲线首次峰值所对应的位移作为参考，依据悬架子系统级、整车级对标试验结果调整失效位移参数在±20％区间内缩放，当碰撞载荷让球头销虚拟网格模型与球头虚拟网格模型部分产生的相对位移超过许用的失效位移参数时候，球铰链发生失效。
技术总结