Validation of Impact Simulations of a Car Bonnet by Full-Field Optical Measurements

Abstract

Innovative designs of transport vehicles need to be validated in order to demonstrate reliability and provide confidence. The most common approaches to such designs involve simulations based on Finite Element (FE) analysis, used to study the mechanical response of the structural elements during critical events. These simulations need reliable validation techniques, especially if anisotropic materials, such as fibre reinforced polymers, or complex designs, such as automotive components are considered. It is normal practice to assess the accuracy of numerical results by comparing the predicted values to corresponding experimental data. In this frame, the use of whole field optical techniques has been proven successful in the validation of deformation, strain, or vibration modes [1]. The strength of full-field optical techniques is that the whole displacement field can be visualized and analyzed. By using High Speed cameras, the Digital Image Correlation (DIC) method can be applied to highly non-linear dynamic events and deliver quantitative information about the three-dimensional displacement field [2].

A hybrid framework for nonlinear dynamic simulations including full-field optical measurements and image decomposition algorithms

“…An elastoplastic material model with isotropic damage (MAT2) is used. This model has been calibrated for the materials used in the case of the simple flat panels simulation [5]. Element failure is predicted to occur when strain exceeds the corresponding strain to failure limit set to 4% for PA material and 2.3% for PP material, respectively.…”

Μεθοδολογία Επιβεβαίωσης Αριθμητικών Προσομοιώσεων Κατασκευών Μέσω Οπτικών Μεθόδων Πλήρους Πεδίου Και Τεχνικών Ανάλυσης Εικόνας

“…Παράλληλα, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για τον υπολογισμό των τάσεων, παραμορφώσεων και μετατοπίσεων της δοκού για διάφορα επίπεδα στατικής φόρτισης. Τα πειραματικά και αριθμητικά αποτελέσματα συμπιέστηκαν στη μορφή όρων ροπών Zernike και συγκρίθηκαν μεταξύ τους τόσο με τη χρήση νορμών όσο και με τη μέθοδο γραμμικού συσχετισμού ροπών [54], ώστε να αξιολογηθεί η ακρίβεια του αριθμητικού μοντέλου. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των εικόνων, το μέγεθος των υποσυνόλων (facets) ρυθμίστηκε στα 46 εικονοστοιχεία, ώστε κάθε υποσύνολο (facet) να αποτελείται από 46 x 46 εικονοστοιχεία, ενώ στην 'παράμετρο παραμόρφωσης' δόθηκε η τιμή 11, ώστε η παραμόρφωση να υπολογίζεται για μια περιοχή που καλύπτει 11 x 11 υποσύνολα [31].…”

“…Αξίζει να σημειωθεί ότι το πυκνότερο πλέγμα στοιχείων δεν διευκολύνει μόνο τη σύγκλιση της αριθμητικής ανάλυσης, αλλά επιπλέον ελαχιστοποιεί σφάλματα που προκύπτουν αργότερα από τη διαδικασία κωδικοποίησης της πληροφορίας για το σκοπό της σύγκρισης. Οι συνοριακές συνθήκες εισάγονται στους κόμβους των περιοχών στήριξης στη μορφή των περιορισμών μετατόπισης στις διευθύνσεις x, y και z. Η μηχανική συμπεριφορά του υλικού μοντελοποιήθηκε ως ελαστοπλαστική με ισοτροπική βλάβη (υλικό LS-DYNA τύπου 'MAT2') αφού προηγουμένως το μοντέλο υλικού δοκιμάστηκε με επιτυχία σε ένα παρόμοιο πείραμα κρούσης μίας απλούστερης μονολιθικής πλάκας από το ίδιο υλικό [54]. Στα στοιχεία επιβλήθηκε να αστοχούν όταν η παραμόρφωση ξεπερνούσε το όριο αστοχίας 4% για το PA υλικό και 2.3% για το PP, υλικό αντίστοιχα.…”