DIN CEN TR 16303-2-2012 Road restraint systems - Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restraint system - Part 2 Vehicle Modelling and Verificatio.pdf

1、April 2012 Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.200; 93.080.30Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschi

2、edene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$s8E“1802134www.din.deDDIN CEN/TR 16303-2Rckhaltesysteme an Straen Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen anFahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 2: Fahrzeugmode

3、llierung und berprfung;Deutsche Fassung CEN/TR 16303-1:2012Road restraint systems Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restraint system Part 2: Vehicle Modelling and Verification;German version CEN/TR 16303-2:2012Dispositifs de retenue routiers Recommandations pour

4、 la simulation numrique dessai de choc sur des dispositifs deretenue des vhicules Partie 2: Composition et vrification des modles numriques de vhicules;Version allemande CEN/TR 16303-2:2012Alleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 34 SeitenDIN S

5、PEC 91103-2DIN CEN/TR 16303-2 (DIN SPEC 91103-2):2012-04 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 16303-2:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 226 Straenausstattung“, dessen Sekretariat von AFNOR (Frankreich) gehalten wird, erarbeitet. Der fr die deutsche Mitarbeit zustndige Arbeitsausschu

6、ss im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. ist der als Spiegelausschuss eingesetzte Arbeitsausschuss NA 005-10-21 AA Passive Schutzeinrichtungen“ im Normenausschuss Bauwesen (NABau). TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 16303-2 Januar 2012 ICS 13.200; 93.080.30 Deutsche F

7、assung Rckhaltesysteme an Straen - Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme - Teil 2: Fahrzeugmodellierung und berprfung Road restraint systems - Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restraint system - Part 2: Vehicle Mode

8、lling and Verification Dispositifs de retenue routiers - Recommandations pour la simulation numrique dessai de choc sur des dispositifs de retenue des vhicules - Partie 2: Composition et vrification des modles numriques de vhicules Dieser Technische Bericht (TR) wurde vom CEN am 8. November 2011 als

9、 eine knftige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen,

10、sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2012 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in we

11、lchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 16303-2:2012 D E U ROP I S C H E SKOM I T E EF RNOR M U NGEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION CO M I T E U RO P E N DE N O R M A L I S AT I ONCEN/TR 16303-2:2012 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung

12、.4 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Allgemeine berlegungen zu Modellierungstechniken eines Fahrzeugs4 4 Schrittweise Entwicklung eines Fahrzeugs fr die Analyse von Anprallprfungen 7 5 Validierungsverfahren eines Fahrzeugs fr die Analyse einer Anprallprfung 7 Anhang A Empfehlungen

13、fr das Finite-Elemente-Netz von Fahrzeugmodellen fr Anprallsimulationen 12 Anhang B Empfehlungen und Kriterien fr Mehrkrper-Fahrzeugmodelle fr Anprallsimulationen 24 Anhang C Prfmethodik .25 Anhang D Rangliste der Bedeutung von Einflussgren fr Fahrzeuge .29 Anhang E Rangliste der Bedeutung von Einfl

14、ussgren fr die Wechselwirkung zwischen Prfgegenstand und Fahrzeug .31 Literaturhinweise 32 DIN CEN/TR 16303-2 (DIN SPEC 91103-2):2012-04 CEN/TR 16303-2:2012 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 16303-2:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 226 Straenausstattung“ erarbeitet, dessen Sekretariat

15、vom AFNOR gehalten wird. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Dieses Dokument ist Bestandteil eines in fnf Teile unte

16、rgliederten Dokuments mit dem bergreifenden Titel: Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 1: Allgemeine Informationen und Dokumentation Teil 2: Fahrzeugmodellierung und berprfung Teil 3: Modellierung des Prfgegenstands und berprfung Teil 4: Validieru

17、ngsverfahren Teil 5: Qualifizierung von Anwendern1)1)In Vorbereitung DIN CEN/TR 16303-2 (DIN SPEC 91103-2):2012-04 CEN/TR 16303-2:2012 (D) 4 Einleitung Dieser Teil der CEN/TR 16303 ist informativ. Er gibt allgemeine Information zur Entwicklung eines Fahrzeug-modells fr die Simulation von Anprallprfu

18、ngen an Fahrzeugrckhaltesysteme. Es sind zwei verschiedene Kategorien von Fahrzeugmodellen zu unterscheiden. Die erste Kategorie besteht aus einem detaillierten Modell (blicherweise Finite-Elemente-Methode) eines Fahrzeugs oder eines Teils davon, das normalerweise in der Automobilindustrie verwendet

19、 wird, um die bauliche Ausfhrung und die Eigenschaften des Fahrzeugs zu beurteilen. Hingegen wird eine zweite Art von Fahrzeugmodell (Finite Elemente oder Mehrkrper) blicherweise verwendet, um die Leistungsfhigkeit der Schutzeinrichtung bei der Simulation von voll mastblichen Anprallprfungen zu beur

20、teilen. In diesem Fall ist ein weniger detailliertes Modell erforderlich, um ein computergesttztes kostengnstiges Mittel fr die Analyse mehrerer verschiedener Anprallszenarien zu erhalten. Gleichzeitig ist es vorgeschrieben, die richtigen Trgheitseigenschaften und die uere Geometrie des Fahrzeugs wi

21、rklichkeitsgetreu wiederzugeben. Dieser Teil der Anleitung soll dem Anwender smtliche erforderlichen Informationen zur Entwicklung eines vollstndigen und funktionierenden numerischen Modells eines Fahrzeugs geben, um ein Anprallereignis richtig zu simulieren (zweite Kategorie der vorstehend genannte

22、n Fahrzeuge). Aufgrund der hohen Simulationskosten ist es nicht zweckmig, ein sehr detailliertes Modell zu verwenden. Vor diesem Hintergrund kann das Fahrzeugmodell als Mittel fr die Berechnung eines Anprallereignisses betrachtet werden. 1 Anwendungsbereich Ziel dieses Technischen Berichts ist es, e

23、ine schrittweise Beschreibung fr den Entwicklungsprozess eines zuverlssigen Fahrzeugmodells zur Simulation von voll mastblichen Anprallprfungen zur Verfgung zu stellen und dem Leser eine erste grundlegende bersicht der Problematik bei den verschiedenen Schritten des Verfahrens der Fahrzeugmodellieru

24、ng zu vermitteln. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich

25、aller nderungen). N/A 3 Allgemeine berlegungen zu Modellierungstechniken eines Fahrzeugs 3.1 Allgemeines Besondere Aufmerksamkeit ist auf die Modellierung der Fahrzeugkinematik und die diese bestimmenden Komponenten zu richten: vordere und hintere Radaufhngung, Rder, Lenksystem usw. Die Geometrie de

26、s Fahrzeugs muss richtig wiedergegeben werden, um die Wechselwirkung mit der Schutzeinrichtung zu simulieren. Das Modell darf nur signifikante Teile und wenige Einzelheiten enthalten (innen liegende Teile sollten lediglich hinsichtlich ihrer Trgheitseigenschaften usw. modelliert werden), um die Simu

27、lationskosten fr das Modell zu verringern. 3.2 Finite-Elemente-Methode und Methode der Mehrkrperdynamik Es knnen zwei hauptschliche Modellierungsanstze bercksichtigt werden, die verschiedene Berechnungsweisen nutzen: die Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Methode der Mehrkrperdynamik (MB, en: Mul

28、ti-Body). Beide Methoden sind allgemein bekannt und werden hufig in vielen technischen Bereichen eingesetzt, einschlielich der Automobilindustrie. DIN CEN/TR 16303-2 (DIN SPEC 91103-2):2012-04 CEN/TR 16303-2:2012 (D) 5 Die erste Methode ermglicht dem Anwender, ein sehr detailliertes Fahrzeugmodell z

29、u erstellen und sowohl globale Ergebnisse zu erzielen, wie etwa das Verhalten der Schutzeinrichtung und des Fahrzeugs bei einer Anprallprfung, als auch die lokalen Spannungen am Fahrzeug. Im Gegenzug erfordert eine FEM-Analyse einen erheblichen Rechenaufwand und erweist sich dadurch als weniger geei

30、gnet fr Parameterstudien, wo eine groe Anzahl von Simulationen erforderlich sein kann. Finite-Elemente-Simulationen (FE) von Anprallprfungen werden blicherweise mit einem dynamischen, nicht linearen und expliziten Finite-Elemente-Code durchgefhrt. Die Rechenzeit des Computers ist meist erheblich, in

31、 der Regel sind es 30 h bis 40 h fr die Simulation einer voll mastblichen Anprallprfung mit einer tatschlich simulierten Zeitdauer von 0,25 s an einem 2,4-GHz-Personalcomputer. Tatschlich muss das Modell nicht nur das Fahrzeugmodell enthalten, sondern ebenfalls eine grere Lnge des Schutzeinrichtungs

32、modells (abhngig von der Art der Schutzeinrichtung bis zu 80 m), um die Wechselwirkung zwischen Fahrzeug und Schutzeinrichtung und die Randbedingungen wirklichkeitsgetreu wiederzugeben. Der Integrationszeitschritt wird durch die kleinstmgliche Abmessung des kleinsten Elements des FE-Netzes bestimmt,

33、 deshalb muss die Gre des Netzes einen Kompromiss zwischen dem Bedarf an geometrischer und numerischer Genauigkeit und dem Rechenaufwand darstellen: groe Elemente lassen einen groen Zeitschritt, aber eine geringe Genauigkeit des Modells erwarten, und enthalten mgliche Instabilitten, whrend kleine El

34、emente eine hhere Genauigkeit, aber einen kleineren Zeitschritt angeben. Fr die Netzgenerierung gelten allgemeine Kriterien. Die wesentlichsten Teile des Fahrzeugs (Karosserie, Rder usw.) mssen explizit mit einem detaillierten Netz modelliert sein. Andere Teile knnen implizit modelliert sein, so das

35、s nur ihre Trgheitseigenschaften (Motor), oder ihre Funktion und Kinematik (Radaufhngungs- und Lenksystem) wiedergegeben werden. Die MB-Methode hingegen basiert auf einer groben Modellierung des Fahrzeugs durch eine Anzahl starrer Krper mit festgelegten Steifigkeitseigenschaften, die mit Hilfe von G

36、elenken miteinander verbunden sind. Die Methode ist besonders zur Erfassung der Kinematik des Fahrzeugs geeignet, weniger geeignet dagegen zur Erfassung der lokalen Spannungs- und Dehnungsniveaus. Wenn zuverlssige und validierte Daten zur Verfgung stehen, ist die MB-Methode bei der Durchfhrung von P

37、arameterstudien ausgesprochen ntzlich, da der Rechenaufwand bei der Analyse wesentlich geringer sein kann, als bei der entsprechenden FEM-Analyse. 3.3 Allgemeine bersicht eines Fahrzeugs Es lassen sich drei Hauptkategorien von Fahrzeugen bestimmen: a) Personenkraftwagen (PKW); b) Lastkraftwagen (HGV

38、, en: Heavy Goods Vehicles); c) Busse. Trotz ihrer Unterschiede, vor allem hinsichtlich Masse und Geometrie, weisen sie viele gemeinsame Elemente auf: Fahrzeugrahmen; Karosserie; Radaufhngung (vorne und hinten); Rder; Lenksystem; Scheiben; Motorblock; DIN CEN/TR 16303-2 (DIN SPEC 91103-2):2012-04 CE

39、N/TR 16303-2:2012 (D) 6 Innenausstattung des Fahrzeugs. Hinsichtlich des Fahrzeugaufbaus muss darauf hingewiesen werden, dass zwei wesentliche verschiedene bauliche Optionen existieren: die Body-on-Frame-Bauweise, typisch bei LKWs und Bussen, und das aus einer Baugruppe bestehende Fahrzeugchassis, t

40、ypisch bei Personenkraftwagen. Im ersten Fall existieren drei Baugruppen, die miteinander verschraubt sind, um den Fahrzeugaufbau zu bilden: Rahmen, Kabine und Fahrzeugkasten oder Auflieger (beispielsweise fr einen Kleinlastkraftwagen). Im zweiten Fall bestehen Karosserie und Rahmen aus einer gemein

41、samen Baugruppe mit gestanzten Blechteilen, die durch Punktschweien oder andere Befestigungstechniken miteinander verbunden. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Aufbau die Steifigkeit des gesamten Fahrzeugs erhht und fr eine Gewichtseinsparung sorgt. Radaufhngungen knnen ebenfalls in zwei Hauptgr

42、uppen unterteilt werden: Starrachse und Einzelrad-aufhngung. Im Allgemeinen werden Einzelradaufhngungen bei Personenkraftwagen und Starrachsen bei Lastkraftwagen und Bussen verwendet. Es gibt Einzel- oder Doppelbereifung. Die letztgenannte Konfiguration ist bei Hinterrdern von LKWs und Bussen blich.

43、 3.4 berlegungen zur Fahrzeugvalidierung Sobald das Fahrzeugmodell erstellt ist, muss es durch einfache Prfungen validiert werden, sowohl Prfungen von Komponenten als auch Prfungen des gesamten Modells, wobei die allgemeine Reaktion des Modells sowie das Verhalten einzelner Teile (Radaufhngung, Rder

44、) berwacht werden. Die numerische Stabilitt des Modells muss bewertet werden. Danach kann das Modell verwendet werden, um voll mastbliche Anprallprfungen zu simulieren. Derselbe Validierungsansatz muss sowohl bei der Modellierung mit der FEM als auch bei der MB-Modellierung angewendet werden. Dieses

45、 Dokument kann fr verschiedene Modellierungstechniken, Codes oder Fahrzeuge verwendet werden. Auch wenn es sich um verschiedene Modelle handelt, muss dasselbe Validierungsniveau gefordert werden, wenn diese Modelle whrend des Zertifizierungsverfahrens verwendet werden. Einige allgemeine Hinweise knn

46、en hervorgehoben werden, um ASI und THIV so genau vorherzusagen, als wren sie von einem am Fahrzeug angebrachten Beschleunigungsaufnehmer berechnet: a) Richtige Darstellung von Steifigkeit, Festigkeit und Trgheitseigenschaften der Karosserie: Festigkeit von Teilen, Deformationscharakteristik und Ein

47、stellung des vorderen Kotflgels, Motor-trennwand, Motorhaube, A-Sule, Fahrzeugboden und andere Teile beeinflussen die aufgezeichneten Beschleunigungen; b) richtige Darstellung der Wechselwirkung zwischen Reifen und Karosserie, also die Reifensteifigkeit: besonders fr unnachgiebigere Schutzeinrichtun

48、gen, wie sich die Radlast, die Schweller und der Radkasten auf die Beschleunigungen auswirken; c) genaues Erfassen der Lenkung, Bewegung der Radaufhngung, Stodmpferaufhngung und Sto-dmpfereigenschaften; Besonders bei Systemen mit nachgiebigen Pfosten wird die lngsgerichtete Beschleunigung stark dadu

49、rch beeinflusst, ob ein Rad auf einen Pfosten auftrifft, was dadurch beeinflusst sein kann, wie die Rder auf ein vorheriges Auftreffen reagieren/lenken; seitliche Beschleunigung wird durch die Fhigkeit/Unfhigkeit der Rder, zu lenken, beeinflusst; d) fr ein reprsentatives Fahrzeugverhalten ist eine ausreichende Detaillierung bei der Mode