碰撞模拟仿真技术的发展课件.ppt

1、碰撞试验模拟仿真目录123制造工程制造工程设计设计。概念设计概念设计仿真设计仿真设计产品工程设计产品工程设计 汽车碰撞模拟仿真是基于计算机仿真软件，通过一定的数学关系，在给定若干已知参数的情况下，模拟汽车碰撞过程，对车身主要结构部件的碰撞变形及其它物理量的碰撞变化特性进行较为详细的分析讨论，探讨提高汽车结构变化对车身碰撞生存空间的影响；从而预测汽车结构设计缺陷，提出切实可行的改进措施指导产品研发，使设计结构的缓冲吸能装置、材料和构件截面和形状等方面能够满足法规要求的一种技术。 碰撞模拟仿真技术的发展碰撞模拟仿真技术的发展60年代在美国兴起1988年西安公路交通大学建立“刚体+弹簧阻尼”数学模型

2、发展历程 1. 2. 3. 80年代 90年代 目前Cray等巨型机的出现和显式积分理论的成熟开始研究对整车的耐撞有限元分析汽车碰撞的商业化软件不断完善普通的个人计算机也可以进行碰撞仿真分析汽车碰撞的商业化软件不断完善开发出了许多成熟的用于碰撞模拟的成熟商业软件包，已经部分取代实验室的工作研究内容 研究内容研究内容123事故再现碰撞受害模拟汽车结构抗撞性模拟汽车碰撞受害者模拟的研究工作开始于60年代中期，使用的动力学分析模型是多刚体系统模型和生物力学分析模型，分别用来模拟人体整体动力学响应和人体局部结构伤害程度。 事故再现研究的内容是：在汽车事故发生后，由汽车的最终位置开始，运用按经验建立的运

3、动学和动力学模型往回推算，即反向经由碰撞后阶段碰撞阶段碰撞前阶段，使事故的情况在时间和空间上得以重现，对交通事故的原因和结果作出公正的解释，有利于协助相关执法管理部门开展工作 。 汽车结构抗撞性模拟的动力学分析模型是非线性大变形有限元模型。有限元模型的优点在于能真实地描述结构变形，适用于建立汽车结构模型及人体局部结构的生物力学分析模型。 有限元法的基本思想是：把连续结构（连续体）划分为有限个节点连接而成的离散结构。单元内节点的位移、应力等物理量系通过特定的函数关系插值求得。再根据力学理论的变分原理或其他方法建立单元内节点位移与未知量之间的平衡方程式，然后将各个单元用“集总”方法组装到一起，构成

4、节点位移为基本未知量的代数方程组，缴入响应的载荷、约束等边界条件即可求出问题的解。建立几何模型给定模型载荷，边界条件，并施加约束等产生节点单元形成网络对模型求解模型修改结果分析结束碰撞性能是否满足要求否是图：碰撞有限元法分析一般过程有限元的特点 4. 特点 特点 特点 特点 2. 3.费用低廉，一个模型能用来进行无数次的膨胀分析而不损坏输出结构上的任意点的碰撞相关信息，如位移，加速度等，而有些结果是实验无法得到的 能够多次地，重复和再现零部件的碰撞变形过程，方便设计人员对结构的观察、分析和改进 修改方便、省时，当结构改变时，只需要修改模型中的相关参数既可以进行再次的碰撞分析，便于多余方案的快速

5、分析和比较 1.碰撞模拟仿真常用软件LSDYNA3DNSYSLSDYNAPAM-CRASH单元类型单元类型接触分析接触分析功能功能NSYSLSDYNA程序功能程序功能材料模型材料模型接触分析接触分析功能功能NSYSLSDYNA文件系统文件系统5、时间积分和、时间积分和时间步长控制时间步长控制6、材料模型的、材料模型的应力修正应力修正7、单元类型及其、单元类型及其算法特点算法特点1.控制方程控制方程2、空间有限元、空间有限元离散化离散化3、单元计算的、单元计算的单点高斯积分单点高斯积分8、接触、接触-碰撞碰撞界面算法界面算法4、沙漏模型控制、沙漏模型控制NSYSLSDYNA基本理论基本理论实例分

6、析：商用车正面碰撞模拟仿真 方法： 一般都采用显式全降阶积分有限元算法； 仿真软件： LS- DYNA软件； 汽车正面碰撞时, 主要吸能结构件的碰撞属于薄壁构件和钣金件的压塌、失稳、撕裂、弯曲失效等非线性大变形吸能过程, 这种结构在计算时要同时考虑材料类型、几何形状、接触方式和摩擦因数等多种非线性因素的影响。 按照 ECE R29 规定的条件, 对某商用车进行正面碰撞模拟分析时, 采用的碰撞运动部件为摆锤, 摆锤质量为 1 570 kg。根据碰撞能量为 30 kJ 的要求,通过对摆锤施加角速度运动来实现摆锤与车身之间的碰撞过程仿真。整车有限元模型 在某商用车驾驶室白车身有限元网格模型的基础上,

7、 加上动力总成、散热器、车轮、转向机构、翻转机构、转向盘、座椅、制动油缸以及暖风机等汽车前部主要总成的三维实体模型, 建立了整车碰撞模拟分析的有限元模型( 图 1)。仿真分析模型不包括车箱、玻璃和车身内饰件等。仿真结果及讨论 整车碰撞 图 2 为整车碰撞仿真前 50ms 变形结果。 车身碰撞 图 3 为车身碰撞变形仿真结果。仿真结果及讨论仿真结果及讨论 碰撞车身变形 汽车碰撞试验车身变形的测点位置见图 4, 采用三坐标测量得到的驾驶室左侧碰撞前、后变形情况见图 5, 表 1 为车身碰撞变形结果, 表 2 为车身内乘员生存空间计算及试验结果。仿真结果分析与讨论 由表 1 可见, 在多数测点位置上

8、, 模拟仿真结果与试验值在变形趋势和数据水平上较一致。在个别测点上存在差异的原因是: 仿真模拟计算未考虑前窗玻璃、仪表板、车身前部内饰件等前部结构件,造成前部变形仿真结果比试验值大; 仿真模拟计算还未考虑车身底部内饰件, 造成了底部变形仿真结果比试验值大、后上部变形仿真结果比试验值小的情况。 在表 2 中, a 为转向柱与座垫前端的水平距离,仿真分析时主要根据该值的变化来检验乘员生存空间的大小。仿真分析得到碰撞前的该值约为 275mm, 碰撞后为 153 mm。对于表 2 中的 b 和 c, 分析结果与试验值吻合较好。改进方案：地板纵梁 车身地板纵梁的原设计方案和改进方案见图 6。为比较它们之

9、间纵向变形的大小, 分别对这两个方案进行了碰撞仿真分析。 由仿真结果可知, 原方案的地板纵梁圆弧过渡区域在碰撞过程中产生了扭曲、挤压等塑性变形, 显得较为薄弱; 改进方案将纵梁加强梁延伸至纵梁的整个长度, 增加了地板纵梁圆弧过渡区域的刚度, 使该部位的变形形态有较大好转。原方案在纵梁圆弧过渡区域处的纵向位移值为 140 mm; 采用改进方案后,该处的纵向位移值则降为 110 mm, 减少了 21.4 %结论 a. 在某商用车车身多数测点位置上, 正面碰撞模拟仿真结果与试验结果在数据水平上较为一致, 仿真分析与碰撞试验得到的整车变形趋势比较吻合。 b. 在驾驶室生存空间的检验上, 仿真分析结果与试验结果比较接近。 c. 车身地板纵梁后半部圆弧过渡区域是一个薄弱部位, 将纵梁加强梁延伸至纵梁的整个长度, 可减少纵向变形 21.4 %, 提高了车身结构耐碰撞性能。