汽车碰撞模拟仿真剖析[指南]

硕士学位论文

专业：车辆工程

汽车碰撞模拟仿真分析

申请学位级别：硕士

指导教师：***

20060201

东北大学

东北大学硕士学位论文摘要汽车碰撞模拟仿真分析摘要随着汽车保有量的增长，道路交通事故己经成为世界性的一大社会问题。全世界每年死于道路交通事故的人数估计超过５０万人。道路交通事故给人类的生命和财产安全带来了严重的灾难。因此汽车被动安全技术的研究已经成为当今世界汽车科技研究的一大严峻课题。在对中国道路交通事故中不同的事故形态死亡人数的比例的研究中发现，正面碰撞占首位，侧面碰撞造成的伤亡事故也占有相当比例，约有２０％，针对这一情况，本课题对汽车碰撞中的正面碰撞和侧面碰撞进行模拟仿真研究，尽而对汽车的耐撞性进行评价和汽车防撞缓冲部件的设计合理性分析。本文对非线性动态有限元求解有关理论进行了较系统的归纳和理解，对目前国际上较为流行的汽车碰撞分析软件ＬＳ～ＤＹＮＡ的有关大位移大变形碰撞求解原理、主要功能模块及其应用进行了分析。采用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－－ＤＹＮＡ软件对汽车车身结构正面碰撞和侧面碰撞进行了有限元建模和数值模拟计算与分析，得出了碰撞位移、速度和加速度碰撞响应历程，对该车的耐撞性给出了评价。获得碰撞过程能量耗散关系，对车身结构在碰撞过程中的吸能行为得到了较为可靠的评价数掘，为进一步改善吸能部件的结构设计提供了依据。总结出了所分析车型碰撞分析的几点结论和建议。关键词：汽车碰撞；Ｊ下面碰撞：侧面碰撞；模拟计算；耐撞性分析一ＩⅡ．ｗｈｉｃｈＴｈｉｓｓｕｂｊｅｃｔｏｆｃｒａｓｈｏｃｃｕｐｉｅｓｂｅｃｏｍｉｎｇＷｉｔｈａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｈａｔｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｈａｓａｌｒｅａｄｙｂｅｃｏｍｅ东北大学硕士学位论文ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙ，ｈａｖｉｎｇｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｆｉｎｉｔｅＣａｎａｃｏｎｒｓｅｓｕｂｊｅｃｔａｒｅｌｅｖａｎｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｇｒｅａｔｓｅｖｅｒｅｅｌｅｍｅｎｔ，ａｎｄｓｕｂｊｅｃｔａｎｄｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ａｎｄｈａｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｔｕｎｍｅｄｕｐＣｒａｓｈ．ｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｃａｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓａｎａｌｏｇｏｕｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｔｏｏ，ｎｅａｒｌｙｔｗｅｎｔｙＡｂｓｔｒａｃｔｂｉｇｃｏｓｍｏｐｏｌｉｔａｎｃｏｎｃｅｒｎ．Ｔｈｅｄｅａｔｈｔｏｌｌｏｆｒｅｓｐｏｎｄｅｄｃｏｕｒｓｅ，ｔｈｅｃｒａｓｈ—ｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｔｏｔｈｉｓＣａｒｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｃｒａｓｈｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅａｎａｌｙｓｅｄｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎＦｉｎｄｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｄｅａｔｈｔｏｌｌｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｃｃｉｄｅｎｔｆｏｒｍｔｈｅｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．ｔｈｅａｐｐｒａｉｓｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂｕｆｆｅｒｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓＯｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｒａｓｈｄｒａｗｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｓｐｅｅｄａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｔｈｅｅｎｄｅｒｇｏｎｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｏｄｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｕｒｉｎｇｃｏｌｌｉｓｉｏｎ，ｈａｖｅｏｆｆｅｒｅｄｂａｓｉｓ，ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｐｏｐｕｌａｒａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｃｒａｓｈｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄａｔｐｒｅｓｅｎｔ．Ｈａｖｅｍｏｄｅｌｅｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｌｉｆｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙ．ＳｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｓａｆｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｈｉｎａ，ｔｈａｔｆｒｏｎｔａｌｃｒａｓｈｔａｋｅｓｔｈｅｆｉｒｓｔｐｌａｃｅ，ｔｈｅｃａｓｕａｌｔｙａｃｃｉｄｅｎｔｃａｕｓｅｄｂｙｓｉｄｅｃｒａｓｈｅｖｅｒｙｙｅａｒｂｙｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ，ＴｈｅｔｒａｆｆｉｃａｃｃｉｄｅｎｔｈａｓｂｒｏｕｇｈｔｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｄｉｓａｓｔｅｒｔｏＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎ；ｆｒｏｎｔａｌｃｒａｓｈ；ｓｉｄｅｃｒａｓｈ；ｓｉｍｕｌａｔｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｇｒｅａｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｒａｓｈｔｈｅｏｒｙｏｆＬＳ—ＤＹＮＡ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｇａｉｎｅｄｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｒｅｌｉａｂｌｅａｐｐｒａｉｓａｌｄａｔｕｍｏｆｉｎｓｃｉｅｎｃｅｓｔｕｄｉｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｎｏｗ．ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｆｒｏｎｔａｌａｎｄｔｈｅｓｉｄｅｃｒａｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｅｓｔｉｍａｔｅｓｔｈｅｃｒａｓｈ－ｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｅｎｄｅｒｇｏｎｉｃｐａｒｔ．Ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｓｏｍｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｎｄ．ＩＶ—ａｎｄｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔ．ａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔａｎｄａｐｐｒａｉｓｅｄ．Ｇｏｔｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｔｈｅｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｓｏｌｖｉｎｇｓｉｄｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｏｆｔｈｅｃｏｌｌｉｄｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｔｒａｆｆｉｃｐｅｒｃｅｎｔ．谢ｔｈｔｒａｆｆｉｃｔｒａｆｆｉｃａｃｃｉｄｅｎｔｅｘｃｅｅｄｓ５００，０００ｔｈｉｓｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ，ｔｈｉｓａｎｔｉ·ｃｒａｓｈｐａｒｔｏｆＡｂｓｔｒａｅｔａｃｃｉｄｅｎｔｏｆａｃｃｉｄｅｎｔｉＳ流。文中作了明确的说明并表示谢意。签字日期：学位论文作者签名：日日独创性声明导师签名学位论文版权使用授权书阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名：否则视为同意。本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加签字日期学位论文作者签名：惭厄期：扣∥、２·上３学位论文作者签名：南绰痧期：≯ｆ２、１６降。１．１概述东北大学硕士学位论文围内的一大社会问题。人类的生命和财产安全带来了严熏威胁。Ｔａｂｌｅ１．１表１．１第一章弟一旱Ｖ匕绪论珀交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失近年来也呈上升趋势。就是中国汽车安全系数低，我国交通事故的严重程度由此可想而知。１９９６．２００５年中国道路交通事故情况随着我国道路交通状况的不断改善，我国汽车的保有量不断增加，车速也逐渐提高，和死亡人数分别增长了３６．１１％年１３２５，４０％，只有万辆机动车死亡人数有了～定幅度的下随着科技的进步、经济的发展、人民生活水平的不断提高，汽车己经成为人们学习、有关资料表明，当今我国汽车拥有量仅占世界的３．７５％（３０００万辆：８亿辆），而交年至２００５年ｌＯ年间的道路交通事故情况。从１９９６年至２００５年的ｌＯ年间，事故数量通事故死亡人数竞占世界的２２％（２００５年死ｌｌ万人：５０万人）。表１．１表明了我国１９９６８０００人。中国的汽车保有量是３０００万辆，每年道路交通死亡近１１万人，单车事故率相便捷的现代化交通工具，汽车在给人们带来极大便利的同时，也因其造成的交通事故给这是一组让人瞠目结舌的数字。美国的汽车保有量为１．３亿辆，每年道路交通死亡随着全球汽车保有量的不断增加，交通事故也随之增加，交通事故已经成为全球范４万人左右；Ｒ本的汽车保有量近８０００万辆，每年道路交通死亡１．１万人，去年降到工作、生活中不可缺少的代步Ｔ具，对人们的生活、生产产生了深刻的影响。作为一种当于美国的近】３倍，日本的近４０倍。除去交通状况等客观因素，一个不可回避的原因ＴｈｅｔｒａｆｆｉＣａｃｃｉｄｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａｆｒｏｍ１９９６ｔｏ２００５第一章绪论东北大学硕士学位论文出来形成了一个的分支。的整车性能的研究交织在一起的。１．２汽车被动安全性研究概述１．２．２汽车被动安全性的研究方法于汽车被动安全性研究中车身抗撞性研究的内容。１．２．１汽车被动安全性研究发展过程及有关内容这些触日惊心的数据使汽车的安全性逐渐受到人们关注。置于车地板或大粱或靠近车门中柱的车身门槛处的加速度仪来测量。这一时期开始，各国相继制定或修订了安全法规，如美国的汽车安全标准ＦＭＶＳＳ等。汽车被动安全性研究方法包括试验研究和计算机仿真研究两种。学研究以及乘员约束系统及安全驾驶室内饰组件的开发研究这三个方面。本课题正是属低程度的性能。目前，汽车被动安全性研究内容包括车身结构抗撞性研究、碰撞生物力的变通事故后，能够对车内乘员或车外行人进行保护．以免发生伤害或使伤害减低到最置于车地板或大粱或靠近车门中柱的车身门槛处的加速度仪来测量。国ＦＭＶＳＳ汽车安全标准）要求的试验，以鉴定其是否达到法规要求。涉及整车结构的相关ＦＭＶＳＳ安全标准都要求进行时速为４８ｋｍ／ｈ的实车与固定障面铺有１９ｒａｍ厚的层压板。采用道轨来控制试验汽车的方向，整个车辆的加速度可借安壁的前碰实验。前面固定障碍物的冲击代表摄严重的汽车碰撞类跫。适合于该碰撞试验堆有大约９０．０００吨夯实的砂土或其等价物。障碍物平面垂直于汽车最后趋近路线，且表试验和实车碰撞试验。实车碰撞试验主要用来对己开发出的成品车型进行按法规ｆ如美的固定障碍物通常由至少３ｍ宽、１５ｍ高、０．６ｍ厚的钢筋混凝土制成。在障碍物后面和汽车的动力性能有了明最的提高，公路Ｌ的车流密度和车流速度己达到了一个空前高构开展了汽车安全性的专门研究。汽车安全性研究逐渐从汽车技术研究的其他领域分离在这些法规的制约下，以及为了提高汽车产品的竞争力，各大汽车制造商和一些研究机的水平，汽车事故发生率空前高涨，汽车安全性受到了公众和部门的高度重视。从汽车被动安全性的研究最早通过实验进行，内容包括台架冲击试验、台车碰撞模拟汽车安全性可划分为主动安全’陛和被动安全性。被动安全性是指汽车发生不可避免汽车安全性问题与汽车的各种性能等直接或问接有关，对其研究最初是与提高汽车随着二战后汽车工业的持续发展，到６０年代中期，西方发达国家中汽车的保有量，２．第一章绪论下面两章的内容。东北大学硕士学位论文车耐撞性的有限元分析。学理论的一维弹簧质点模型整车模型。示动力有限元软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ。１．２．３车身结构抗撞性研究发展状况而使传递绘车内乘员的碰撞能量降低到最小。对车身结构的抗撞性模拟研究，最精确的方法是车身结构的整车有限元分析方法。部分实验室工作，给整个汽车耐撞性的分析和改进带来十分深刻的影响。现在可以说，法在汽车耐撞性分析方面的应用迅速增长。计算机技术的高速发展和以有限元法为突出１．２．４汽车被动安全性研究中常用软件结构的抗撞性。但是这种方法精度上还存在一定的问题。念引入多体系统中以模拟结构中的大变形部件，并采用多体系统动力学软件来研究车身们采用数学模拟方法来研究车身结构的抗撞性成为可能。７０年代初，发展了基于质点力目前，汽车结构的耐撞性能现在已成为发达国家进口和销售汽车的重要检验指标。中的变形部件，还可对法规碰撞试验进行计算机仿真。本课题用的软件就是大型通用显具。这些基于显示有限元理论的这类抗撞性软件，可以准确地描述车身变形过程和系统现在，美国、Ｆ１本和西欧等汽车制造公司都有专门的人员和最先进的计算机设备从事汽代表的工程计算方法同趋成熟与完善，使得汽车耐撞性的数值分析正在逐步取代与改进ＬＳ．ＤＹＮＡ３Ｄ添加前后处理模块后推出的。这些软件都是用于汽车耐撞性分析的得力工从８０年代开始发展起来的，采用显示有限元理论建模，主要用来描述车身结构的随着Ｃｒａｙ等巨型机的出现，基于显示积分的有限元方法在２０世纪８０年代初有了抗撞性这一类软件以ＬＳ—ＤＹＮＡ３Ｄ和ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ为代表。ＬＳ．ＤＹＮＡ３Ｄ由美国Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ软件技术公司ＬＳＴＣ开发成功，ＡＮｓＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ是美国ＡＮＳＹＳ公司为很大的发展，使得人们可以对大型结构进行动态有限元分析，车身结构的抗撞性研究进入了一个崭新的发展时期。自８０年代中期第一次整车耐撞性的有限元分析后，有限元车身结构抗撞性研究主要研究汽车车身结构对碰撞能量的吸收特性，寻求改善车身行，往往需要付出很高的代价，而且受到时间和费用的。电子计算机的出现使得人结构抗撞性的方法，在保护乘员空间的前提下，使得车身变形吸收的碰撞能量最大，从模拟分析研究，属于计算机仿真研究的内容，与之相关的有限元理论和数学算法请参看仿真方法来进行汽车被动安全性研究成为可能。本课题汽车车身结构碰撞的计算机数值随着计算机技术和多体系统动力学建模理论的发展，Ｎｉｋｒａｖｅｓｈ等人将塑性铰的概在采用现代数学模拟技术之前，早期车身结构抗撞性研究完全依赖于试验方法来进随着计算机技术的发展以及有限元和多体系统动力学建模方法的完善，采用计算机．３．第一章绪论分析模型。如前所述。撞性模拟（ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ伤害程度。东北大学硕士学位论文１．３．３国内汽车碰撞模拟研究状况段，使事故的情况在时间和空间上得以重现。１．３．２国外开展汽车碰撞模拟研究的方向１．３．１国外汽车碰撞模拟研究与发展状况ＯＦＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ’Ｓ研究工作也开始于这一时期，取得了可喜的成绩。１．３国内外汽车碰撞模拟研究的历史与现状对汽车碰撞的研究，国外起步较早。较早开展汽车碰撞研究的是美国。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。早期汽车碰撞研究主要是进行各种条件下的碰撞试验，包括实车试验和模拟试验，国外汽车碰撞模拟最早出现在６０年代末期，由于当时受计算机硬件水平的，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汽车结构抗撞性模拟的动力学分析模型是非线性太变形有限元模型。有限元模型的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ＲＥＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ）、碰撞受害者模拟（ＣＲＡＳＨＶＩＣＴＩＭＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ）、汽车结构抗也扩大到几万个甚至几十万个，汽车碰撞模拟结果越来越接近于实际。由于计算机开始究对整车的耐撞有限元分析，汽车单元数量发展到几千个，同时开发出了与汽车结构相碰撞仿真分析。目前在汽车发达国家汽车碰撞模拟研究已经达到相当成熟的地步，开发建立的运动学和动力学模型往回推算，即反向经由碰撞后阶段一碰撞阶段～碰撞前阶对应的薄壁单元。进入９０年代以来，由于汽车碰撞的商业化软件不断完善，单元数量撞实验的预测。８０年代由于Ｃｒａｙ等巨型机的出现和显式积分理论的成熟，人们开始研广泛采用了并行技术，使得运算时间大大减少，甚至现在普通的个人计算机也可以进行一辆车仅包含几十个节点，单元类型也局限于梁单元，当时的碰撞模拟主要是对实车碰１９８８年，吉林工业大学和西安公路交通大学分别建立了“刚体＋弹塑性弹簧”数学我国对汽车被动安全性进行系统研究是从上个世纪８０年代后期开始的，汽车碰撞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，运用按经验国外开展的汽车碰撞计算机模拟研究主要包括事故再现（ＡＣＣＩＤＥＮＴ．４一ＣＲＡＳＨＷＯＲＴＨＩ－ＮＥＳＳ）Ｚ个方向。第一章绪论共有１６家。东北大学硕士学位论文２０８前撞、２１４侧撞和３０１后撞。１．４国内外实车碰撞现状正面碰撞方程式等方面进行了探讨。１．４．１目前实车碰撞测试主要依据型并进行了碰撞模拟计算，得出了有价值的结论。另外，欧美日皆各有Ｅｕｒｏ—ＮＣＡＰ（ＮＣＡＰ即ＮｅｗＮＨＴＳＡ—ＮＣＡＰ及日本ｊ－ＮＣＡＰ计划，进行新车安全性的星级评估。是我国汽车被动安全法规实施后，国内各大汽车企业都更加重视汽车碰撞安全性设计，宏波等人完成了“红旗”牌轿车车身正碰的仿真计算，此后北京理工大学、同济大学、其中欧洲ＥＣＥＲ９４前撞、ＥＣＥＲ９５侧撞、ＥＣＥＲ３４后方碰撞；美国ＦＭＶＳＳ２０８前撞、２１４侧撞、３０１后撞及等速车对车碰撞等测试，都可在实验室中执行，而除了不同角度的车辆互撞测试以外，其他国际间常见碰撞测试皆可依测试需求增加附加治具或装备即通过计算机模拟仿真等技术实现汽车结构抗撞性设计将成为现代汽车开发的重要手段构已经相继成立，在地方上也有一些地方性的汽车科研机构，指定的汽车检测机构全国之一。目前在我国，清华大学、天津汽研中心、一汽汽研所等国家级的汽车碰撞科研机数的设置方面有待于进一步的深入，需要进一步提高碰撞结果的准确性和实用性。特别主要有多种。在欧洲有ＥＣＥＲ９４前撞、ＥＣＥＲ９５侧撞和ＥＣＥＲ３４后方碰撞。在美国有ＦＭＶＳＳ１９９６年清华大学的黄世霖、王春雨等人应用ＤＹＮＡ３Ｄ研究了车架结构的耐撞性能，碰撞过程中的人体受伤害指标，并取的了显著的成果。１９９８年１０月长春汽车研究所贾车碰撞实验场，但在碰撞模拟方面，由于起步较晚，积累的经验少，在模型的建立、参湖南大学陆续开展了轿车车身或整车的碰撞模拟仿真工作。虽然我国已经建立了几个整模拟汽车碰撞过程中的乘员运动学、动力学响应的三维乘员多系统人体模型，用于模拟并在此研究基础上对车架结构提出了改进措施。在多刚体动力学的应用方面，１９９７年吉中的Ｋａｎｅ方法建立了二维人体模型，并对碰撞事故中安全带对人体的保护作用进行了林工业大学郭九大、林逸等人引进荷兰的ＭＡＤＹＭＯ的多刚体动力学软件，建立了用于人碰撞的模拟计算。湖南大学还应用ＤＹＮＡ３Ｄ软件对驾驶员与安全带构造了有限元模年，吉林工业大学李卓森教授和李洪国教授就计算机模拟中所需的汽车碰撞刚度和汽车研究。同年，湖南大学宗子安将ＤＹＮＡ３Ｄ介绍进国内，并用其进行了汽车转向盘、假模型和“刚体＋弹簧阻尼”数学模型。后者还做了模型碰撞试验，验证其理论模型。次研究。１９９２年，清华大学的于旭光、黄世霖引进美国的ＣＡＬ３Ｄ软件，应用刚体动力学国外很早就建立了比较完整的碰撞法规，到目前为止，世界上公认的实车碰撞测试１９９１年中国第一座碰撞模拟实验台在清华大学建成，开展了汽车被动安全性的实验．５－ＣａｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ）、美国第一章绪论１．４．２面来车。安全评估体系。可执行。东北大学硕士学位论文而ＮｃＡＰ的测试标准速度为６４ｋｍ／ｈ。加强车体结构刚度的方法来保护乘员。ＣＮＣＡＰ与ＮＣＡＰ的真实距离国际上成熟的ＮＣＡＰ正式引入中国。此次ＮＣＡＰＣＨＩＮＡ（ＮｅｗＣａｒ完善，但评判标准仍和欧洲标准以及ＮＣＡＰ标准有很大差距。碰国家标准（送审稿）的内容，并计划于２００６年７月１日起正式实施。美国等其他国家的标准，同时，在许多项目上结合我国的国情进行了一些细微修改。２００３年，我国已经制定ＧＢｌ１５５】汽车币碰国家标准；而事实上，在道路交通事故中，最明显的例子就是碰撞测试的速度，欧洲的法规标准是５６ｋｍ／ｈ，我国是４８．５０ｋｍ／ｈ，此外，我国的碰撞试验使用的是刚性的水泥墙，其上覆盖的２０ｃｍ的木板并不存在的要求与正面碰撞也有很大不同，正面碰撞时，主要靠发动机舱的变形溃缩吸能来保护接撞向刚性墙壁，而是与一个蜂窝结构的吸能块发生重叠碰撞，用这个吸能块来模仿对变形吸能的作用，只是为了保护仪器，反而是欧洲的重叠碰撞试验中测试车辆并不是直乘员，而侧面碰撞时根本不存在发动机舱这样的缓冲区，主要靠在车门中加装防撞条等之前的车型在设计中几乎都没有侧面碰撞的相关考虑。况且，侧面碰撞乘员保护对车辆成为大势所趋，机遇和挑战并存。从长远发展的角度看，中国汽车产业要想与世界接轨，关于碰撞角度问题，单纯从动能角度来讲，中国的１００％正面碰撞与欧洲的４０％重中国汽车技术研究中心汽车试验研究所汽车碰撞安全专家正在着手制定中国至于侧面碰撞，国外的侧面碰撞测试也是在上世纪９０年代才产生的，因此９０年代叠碰撞的要求强度不见得谁高谁低，１００％正面碰撞对人体的伤害更严重，但是欧洲选中国入世已经五年，面对国际国内两个市场的激烈竞争，中国汽车业走向世界已经ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ的推出参照了国际上成熟的ＮＣＡＰ标准，并结合中国自己的特点建立和不断完善的汽车从２０００年开始，我国一直实施汽车正面碰撞法规，即是１００％正面全接触碰撞试验。ＣＮＣＡＰ（新车碰撞测试标准）。即使新标准执行之后，虽然从数量上中国的相关法规更加于实施，所以我国最终确定以欧洲ＥＣＥ碰撞法规为基础，在不同的子项目上也借鉴了系。为此，全国著名高等学府清华大学携手北京汽车俱乐部在２００６年１月１２目将由于侧面碰撞造成的伤亡事故也占有相当比例，约有２０％。在清华大学汽车碰撞试验室要想在国际市场上占据自己的一席之地，就必须拥有一个与其相符合的汽车安全评测体和中国汽车技术研究中心碰撞试验室进行了大量的碰撞试验，才最终确定了我国汽车侧比，在测试方法、碰撞角度等方面都更符合我国国内的检测条件和实际情况，也更加易由于欧洲的强制认证方式与我国的认证方式相似，ＥＣＥ法规与美国ＦＭＶＳＳ法规相。．６，．第一章绪论ＣＨＩＮＡ）大。东北大学硕士学位论文１．５课题的研究内容课题研究中，主要完成以下工作：（１）熟悉并会使用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ软件：碰撞进行计算机数值模拟计算，以期得出有益的评价数据。撞，进行模拟计算并分析该车的耐撞性能指标以及主要吸能部件的设计合理性。应的显式三维矢量有限元分析软件，尝试对汽车交通事故现象中的汽车正面碰撞和侧面时，车辆的一侧变形会比较大，车辆转向机构等零部件对乘员造成伤害的可能性也会更择４０％重叠碰撞是通过事故统计选择的一种出现概率较高的试验情况，而且在重叠碰撞尾部碰撞约占６％。因此，对汽车碰撞事故的研究，应首先研究正面碰撞，其次研究侧面碰撞。本课题即利用ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ这一非弹性固体和结构在大变形时的动力学反门等横向变形对乘员损伤程度等寻求评价依据。比例的分析中可以看出，正面碰撞占首位，侧面碰撞造成的伤亡事故的比例约有２０％，ｆ２）按照美国汽车安全标准ＦＭＶＳＳ，对某汽车车身以４８ｋｍ／ｈ的速度与刚性墙正面碰本课题致力于研究汽车结构碰撞问题。在对道路交通事故中不同事故形态死亡人数（３）用一移动壁障以一定的速度与某汽车车身进行侧面碰撞，进行模拟计算并分析车．７－第一章绪论东北大学硕士学位论文第二章非线性有限单元法概述第二章非线性有限单元法概述２．１有限元法的发展及应用概况有限单元法是一种根据变分原理来求解数学、物理问题的数值计算方法，对分析复杂结构或多自由度系统来说是一种新型而有效的方法。１９６５年，有限单元法首次被提出。在其后的１０年中，该方法在解决不同类型的应用科学和工程问题方面显示了巨大的潜力。计算机技术的飞速发展为有限元法的应用和发展提供了充分的物质基础。目前，有限元法的应用范围广泛，己经从弹性力学平面问题扩展到了空间问题、板壳问题；从静力平衡问题扩展到了塑性问题等；从固体力学扩展到连续介质领域。实际上，有限元法到今天，已发展得较为完善，被认为是工程分析中最强有力而又最通用的一种计算方法，因其实践性强而具有强大的生命力。利用有限元进行结构分析，实质上是一种“电子计算机的数值实验”。它不仅使过去无法进行运算的课题获得了数值解，还逐渐代替某些成本高、时间长的常规实验。目前认为，对车身结构的抗撞性模拟研究，最精确的方法就是车身结构的整车有限元分析方法。２．２有限元法的基本理论有限元法是运用离散的概念，假想把连续体（指物体或结构）分割成有限个有限大小的多边形（当为平面问题的二维区域时）或多面体（当为空间区域时），这些多边形或多面体，就称为有限元（或称为有限单元或者有限元素）。多边形或多面体的顶点称为节点，如图２．１所示。各单元之间沿周边本来是整体相连的，现在认为它们彼此只在节点处相ｙ典型节点典型单元０图２．１典型节点和单元Ｆｉｇ２．１Ｔｙｐｉｃａｌｎｏｄｅａｎｄｅｌｅｍｅｎｔ．９．东北大学硕士学位论文第＝章非线性有限单元法概述连，取节点处的位移（广义位移）作为基本未知量，这样就把原来是无限多由自度的体系简化成有限多个自由度的体系了。这个过程就称为连续体的有限元离散化。～个连续体通过有限元离散化后就变成～个离散体（又称单元组合体），它是真实结构的近似一个力学模型，而整个的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。在每一个单元内运用变分法，即利用与原闽题中微分方程相等价的变分原理来进行推导，从而使原问题的微分方程组退化到代数联立方程组，使问题归结为解线性方程组，由此得到数值解答。应用有限元法分析问题时，需要经过以下几个步骤：（１）根据问题所给条件，简化结构物的几何形状，建立与原始问题相适应的变分形式。（２）建立有限元子空间，即选择元素类型和形状函数。（３）计算单元刚度阵并且合成总刚度阵。（４）求解以节点位移为未知量，以总体刚度矩阵为系数的线性方程组。（５）回到实际问题中进行验证、讨论。２．３非线性有限元理论本课题所研究的汽车碰撞是一个动态的大位移和大变形的过程，接触和高速冲击载荷都影响着碰撞的全过程，系统具有几何非线性和材料非线性等多重非线性。一般的线性有限元方法都基于线性的小位移的系统，而本课题所研究的系统的模拟计算则需采用动态大变形非线性有限元方法。１、物体变形状态的描述由于在变形前后物体发生很大的变形，因此必须考虑物体受力前后在空间位置上的改变。为了描述物体变形前后两种不同的状态，须引入参考状态和变形状态。在某一瞬间时，物体在空间所占据的区域Ｖ称为物体的构型（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）。令在时间ｔ＝Ｏ时，物体的初始构型为Ｖｏ，并参考于一固定的直角坐标系｛Ｘｉ｝，物体的任一质点Ｐ的位置可由一向径Ｐ征ｌ，Ｘ２，Ｘ３）或其质点坐标ｘｌ，Ｘ２，以确定。构型Ｖｏ称为物体的参考状态。在后来某一瞬间ｔ，物体被移动到空间另一位置，其构型为Ｖ，这时的状态称为交形状态。描述这一变形状态，用另一直角坐标系ｔｙ，）。初始构型中的Ｐ点，变形后被移动到空间的Ｐ点，可由一向径ＰｐＩ，．１１２，如）确定。如果令坐标系协｝和锄｝重合，则在二维情形下如图２．２所示。同一个质点变形前后有关系肝ｎ（置，蜀，局，０，声ｌ，２，３（２．１）弘是而的单值连续函数，其雅可比（Ｊａｃｏｂｉ）行列式的值不等于零。如果取甜，为质点沿琦轴方向的位移，那么显然有ｙ产ｑ＋“舡ｌ，Ｘ２，ｘ３，０，ｉ＝１，２，３（２．２）．１０．其中，在这种状态中，东北大学硕士学位论文或写成向量的形式，有瓦（ｋ＝１，２，３）是Ｘｋ轴上的单位向量。Ｘ２比芦＝芦（Ｆ，Ｏ芦＝Ｐ＋酉为参考状态，随着运动的质点研究质点的运动状态。在描述物体变形前后的不同状态时，有下面两种方法：ｏ，（ｆｆ，ｔ）＝参舻，，）＝旦Ｏｔ孵ｊ＇，）Ｍ。ｌ＾风（Ｐ）ｅｘｌｄｒ２如＝ＣＯｎＳｔ图２，２构型及坐标系一（尸，ｆ）＝÷咒妒，ｆ）芦＝Ｙ１ｉｌ＋ｙ２ｉ２＋Ｙ３ｉ３Ｆ＝ｘｌ—ｉＬ＋ｘ２＿２＋屯己孑＝材ｌｊ｝＋砧２ｉ２＋Ⅳｊ‘Ｆｉｇ２．２Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｚ１．ｙ１示加速度，彤表示质量，歹表示质点孰迹，岛（乃是构型％在芦点处的密度。ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）燃日（ＬａｇｒａＩｌｇｅ）描述，面ｘｆ，恐，奶，和￡称为拉格朗日变量，上述公式２．１到２．３就是这种描述形式。此种描述是以变形前的状态，即以已知的初始构型Ｖｏ其中芦代表坐标为Ｘ１，Ｘ２和Ｘ３，的质点，是不随时间ｔ而变化的。ｖ，表示速度，ｔ表（２，６）（２．５）（２．４）（２．３）（Ｉ）把ｘ１，Ｘ２，Ｘ３和ｔ作变量来描述物体的运动（或变形），称为物质描述（ｍａｔｅｒｉａｌ第二章非线性有限单元法概述件：般情况，令（１）流动坐标在这种描述中，（２）虚位移原理东北大学硕士学住论文也可以导出虚位移原理。到了跟物体～样的变形。度，ｐ（芦）表示Ｖ在芦点处的密度。这就是虚位移原理。由式２，１可建立关系２、虚位移原理和虚应力原理ｘ，＝ｘ，（舌１，孝２，善３），ａ如果对于任一虚位移缸，式式（２．７）、（２．８）中各符号的意义如下：ｔ。（剐：譬＋ｖ，ｏＭ＝ＩＰｏ（Ｆ）ｄｙｉ砂２ａｙ３＝ＣＯｎＳｔ“Ⅳ）＝署～．（Ｙｌ，Ｙ：，Ｙ３，ｔ）７／。＝７‘（害１，孝２，善３，ｆ），善‘＝毒‘（玎１，１／２，７／３，ｆ），Ｖ为参考状态，研究空间各不同的质点经过空间某一定点夕ｌ。姐和弘时的状态。虚位移原理实质上是平衡方程的弱形式，它是以积分的形式描述变形物体的平衡，髟：５Ｆ＿．ｄＶ＝￡，却‘露幽＋Ｌ却·Ｐａ（ｆ一口矽矿是与平衡方程等价的。也就是说，由虚位移原理可以导出平衡方程，反之，由平衡方程离开了它的原来位置，但它们的流动坐标值不变；或者说，建立流动坐标值的坐标系受坐标值不变。即物体的质点流动坐标值永远固结在质点上，即使物体变了形。各质点已和伽）中分别引入曲线坐标｛善‘）和仰’｝描述物体的变形状态，如上图２．２所示。对于一ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）或欧拉（Ｅｕｌｅｒ）描述，Ｙ】，Ｙ２，ｙ３和ｔ称为欧拉变量。空间描述是以当前的构型恒成立（其中的：是张量的双点乘积运算符号），并且在力的边界彳，上满足力的边界条上面介绍了用直角坐标系伪｝和ｍｊ描述物体运动状态。有时为了方便，在坐标系‰｝如果取叩‘＝善４，那么孝‘（或彳。）就是流动坐标。所谓流动坐标，就是当物体运动时该其中芦代表坐标为ｙｌ，此和ｙ３的质点，Ｍ表示质量，矿表示质点轨迹，ｉ表示加速（２）取ｙｌ，姐，朐和ｔ作为变量来描述物体的运动（或变形），称为空闯描述（ｓｐａｔｉａｌＦ．ｓ．Ｎ＝瑶Ｙ，＝Ｙｉ（，７１，ｒ／２，ｉ／３，ｆ），．１２，ｏｙｊ（ｊ求和）ｉ＝ｌ，２，３ｉ＝ｌ，２，３第二章非线性有限单元法概述（２．８）（２．７）量：卜变形梯度；瑚一面积元素。东北大学硕士学位论文Ｓ、ｄＡ、ｄＶ的意义同前。壳单元的有限元的一般列式。（１）应变能公式（３）虚应力原理Ⅳ一是单位向量；巍一任意一个虚位移；Ｐ。一变形前的物体密度；ｄ卜未变形时的体积元素；ｄＥ一在位移函内的虚应变；恒成立，这就是虚应力原理。增量步中的应变能（不包括常数项）为：下面是已经简化了的刚度阵和应变能公式。其中Ｕ为Ｎ＋ｌ增量步的应变能；口一变形后物体的每单位质量的体积力；３、几何非线性板壳单元的一般列式产一作用在物体上的每单位质量的体积力；对于任意的虚应力场岱和虚位移场统，等式卜称为第二类皮奥拉一克希荷夫应力，是一个对称应力张量卜称为第一类皮奥拉一克希荷夫应力，又称拉格朗日应力张量Ｅ防岱埘哇Ｖｕ．ｕＶ：跏∥＝ｌ。矿－８（Ｆ心）。ｄ４Ｃ乍“，＋“：＋“。．十“．十“一以３，十如４．计算工作量，往往可以简化非线性板壳单元的刚度阵和增量有限元的非线性平衡方程。在求解应变能公式时，有两种描述：Ｕ．厶描述和正厶描述。本论文采用乩Ｌ描述。式中，Ｅ一应变；舔一虚应力场；Ｖ“和“Ｖ一是较位移“高一阶的二阶张量；Ｒ撞问题即是此类问题。在此课题中，较多的选用了壳单元，所以在此给出几何非线性板在求解板壳大变形问题时，常用增量有限元方法。在不影响精度的前提下，为节省在Ｕ．三．描述中，假设壳体的前Ｎ个增量步的应变能已经求得，则壳体在第Ｎ＋１个几何非线性是指物体受力后虽然应变较小，但是位移较大。本课题所研究的汽车碰Ｕｉｉ＝旦１－ｖ２ｎＮＥｌｌｅｌｌ＋Ⅳ岛２ｅ２２＋Ｖ（ⅣＥｌｅ２２＋ＮＥ２２ｑ。）＋丁１－ｖ”磊：（ｅ１２＋ｅ２１）】咖（２．９）．１３．（２．１０）第二章非线性有限单元法概述是一个非对称张（２．１１）可由下式求得查韭查堂壁主茎堡垒墨（２）刚度阵列式巨ｌ＝ｑ此处的｛是系数。Ｅ２２。ｅ２２＋丁１－－１７【．”硌｝“纠Ｌ其中足’称为膜向刚度阵，它的表达式为：对（２．１０）求二次导数后，可得到板壳单元的切线刚度阵：＝旷ｏ＇ｕｅｕ十”ｃｒ２２６２２＋”ｆｌ：（％＋ｅ２１）协‰＝抛％】［：乏Ｎ唧ｏｒ２２Ｊ［ｅ％２，卜‰＝志鹏㈡，ｊｌ鼎ｅ１乞３ｅ２３删ｌＩ％ｔｄｖ蚧志鹏一ｋＩ＋称ｒｅ”≮１－ｖ譬忻［ｅｕ３ｋＪｕ，：＝志￡【”ＫｉＫｉ＋”Ｋ刍Ｋ刍＋Ｖ（”Ｋ刍世ｉ＋”足ｊ瓦轰）％＝丽Ｅ脾㈡巾ｍ％，Ｅ靴蔓卜％＝志脚书鲫藏卜从式（２．１１）至（２．１７），Ｅ表示弹性模量，ｖ代表粘性系数，ｈ表示厚度，ｇ，＝．Ｏ二ｎ一戚二Ｅ１２＝ｅ１２＋ｅ２ｌ＋ｅ１３ｅ２３＋善（Ｋ是＋Ｋ刍）Ｋ＝ＫＰ＋Ｋ８七ＫＧ十ＡＫ－１４．＋妻ｅ矗＋鳓＋昙ｅ嘉＋弘刍ＬＡ，Ｌ２＋Ｋ是）ｌｄＡ∽ｏ知萤≮，Ｅ（２．１６）＂）堑三主！！垡‘些查！垦兰垄生垫查（２．１８）（２．１５）（２．１４）（２．１３）（２．１２）“东北大学硕士学位论文式中：Ｄ，：三１ｖ１一ｖ２０∥：—丝３＿１１ｖｖ１２（１一ｖ２）Ｋ。＝ｆ‰００ｖ置８称为弯曲刚度阵，其表达式为Ｋ６称为初应力刚度阵，其表达式为：。６＝。Ｎ。Ｏｑ＇Ｉ：１。Ｎ％２＂１２：］１００２Ｏ１一ｖ２００ｌ—ｖＫ’＝ｆ睇磋磁＋磷『ｔ告醴磷＋磁ｒ·瓦禹＝￡（矿）７－Ｄ８ｔＢＢｄａ＝ｆ（∥）７·Ｄ’·ＢＰｄｖｆ（矿）７Ｄ６８６ｄｖ必＝蝎＋斌２＋（丛２）７＋蝎列］ｒｈ［Ｎｃｒ．：黜跏蝎翱∥，７『熬ｅ１３，＠沁ｅ２３％肛％坞３一乞’ｂ，咖蝎＝告∽７ｖ％％半％Ｉ．１５－ｖ１０１ｖｏ１０ｖ１ｖ（平面应力弹性阵）ｃ初应力”％柯西应力，１一ｖｌ—ｖ２ＯＯＯＯｏ生（弯曲弹性阵）第二章非线性有限单元法概述１【兹＋瞄Ｊｆ硝］｛磋｝ｄｖ磷酸“酸妇东北大学硕士学位论文刖。４峰告弘甲怯”：渺）７■『１ｚ］Ｂ６咖Ｌｑ２％２０式中ｑ。，吒：，Ｔ１：为应力增量，（ＡＫ２）７为蝎的转置阵，其它公式中的字母的意义同．１６．生：％心＋一嵋ｇ－：章非线性有限单元法概述色旧咖３．１３．２３．２．２材料模型３．２．１单元类型爆炸和金属成型等非线性问题。东北大学硕士学位论文变形和材料失效等非线性问题。ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ概况ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ程序功能ＤＹＮＡ程序系列最初是１９７６年在美国ＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅ薄板冲压成型后的回弹计算）的通用结构分析非线性有限元程序。隐式求解器。它与ＬＳ．ＤＹＮＡ９５０版显式求解器之间配有数据接口。第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介ＬＳ．ＤＹＮＡ程序的单元类型众多，有二维、三维单元，薄壳、厚壳、体、梁单元，大变形和大转动性能，单元积分采用沙漏粘性阻尼以克服零能模式，单元计算速度快、为辅的通用非线性动力分析有限元程序，可以求解各种二维、三维非线性的高速碰撞、ＡＬＥ、Ｅｕｌｏｒｉａｎ、Ｌａｇｒａｎｇｉａｌｌ单元等。各类单元又有多种理论算法可供选择，具有大位移、节省存储量，可以满足各种实体结构、薄壁结构和流体一固体藕合结构的有限元网格划内单点积分、沿壳厚多点积分。线性唯一函数和单积分点的显式单元能够很好地用于大ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＡＮ程序目前有１００余种金属和非金属材料模型可供选择，如弹性、弹塑性、超弹性、泡沫、玻璃、地质、土壤、混凝土、流体、符合材料、炸药及起爆燃分的需要。每种单元都有多种算法可供用户选择，实体单元是单点积分，薄壳单元是面的输入数据文件，ＡＬＳ－ＤＹＮＡ９５０版求解器求解，生成图形文件和时间历程文件，在用ＡＮＳＹＳＳ．６版后处理显示和分析计算结果。需要隐式积分法求解时可采用ＡＮＳＹＳＳ．６版Ｊ．０．ＨａＵｑｕｉｓｔ主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经１９７９、１９８１、１９８２、１９８６、１９８７、１９８８年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件。析等功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和非线性（１００多种材料模型）和接触非线性（３０多种）程序。它以Ｌａｇｒａｎｇｅ算法为主，兼有ＡＬＥ和Ｅｕｌｅｒ算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能：以结构分析为主，兼有热分ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡＳ．６版是采用ＡＮＳＹＳＳ．６版前处理生成ＬＳ．ＤＹＮＡ显式积分部分ＬＳ—ＤＹＮＡ程序９５０板是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料本课题研究所用的是ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件。ＬＳ．ＤＹＮＡ是一个以显式为主，隐式．１７．ｇ－章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ软件简介ＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ由３．２．５用的“标准”软件。应变率相关等性质。东北大学硕士学位论文＊ＤＡＴＡＢＡＳＥＢＩＮＡＲＹ３．２．３接触分析功能任何地方进行重启动分析。３．２．４汽车安全性分析ＬＳ．ＤＹＮＡ文件系统文件、ＶＤＡ几何文件和ＣＡＬ３Ｄ输入文件等。触，可以进行高速弹丸对靶板的穿甲模拟计算。ＬＳ—ＤＹＮＡ的文件系统可分为输入文件和输出文件。程文件、接触界面力文件、重启动文件等””（如图３．１所示）。两个二进制文件，Ｄ３ＰＬＯＴ文件的关键字名称为＋ＤＡＴＡＢＡＳＥ＿ＢＩＮＡＲＹ序可根据设置的时间间隔生成一系列的Ｄ３ＰＬＯＴ文件：Ｄ３ＰＬＯＴ、Ｄ３ＰＬＯＴ０１、边与壳面的固连、流体与固体的界面等，并可考虑接触表面的静动力摩擦和固连失效。输出文件包括模型信息文件、计算信息文件、ＡＳＣＩＩ文件、图形输出文件、时间历Ｄ３ＰＬＯＴ０２……。Ｄ３ＤＵＭＰ文件用来进行重启动分析，在每一定义的时间间隔后程序自Ａｕｔｏｍａｔｉｃ－Ｓｉｎｇｌｅ－Ｓｕｒｆａｃｅ接触功能可以保证汽车全部构件内外表面，与假人、气囊、安ＯＰＴＩＯＮ控制输出，其中使用较多的有Ｄ３ＰＬＯＴ和Ｄ３ＤＵＭＰＤ３ＰＬＯＴ文件主要是用来记录应力、应变、变形的情况，可以输出各种云图和动画，程车高速碰撞时全过程的数值模拟和有关数据的输出，可以说ＬＳ—ＤＹＮＡ是汽车碰撞模拟与冲头和模具的金属成型、水下爆炸对结构的影响等。此外程序采用材料失效和侵蚀接元构造完整的汽车模型，可以选用金属、塑料、橡胶等各种材料模型。程序的动生成系列该类型的文件：Ｄ３ＤＵＭＰ０１、Ｄ３ＤＵＭＰ０２、Ｄ３ＤＵＭＰ０３……，用户可以从ＬＳ—ＤＹＮＡ的发展一直与汽车碰撞模拟密不可分，用ＬＳ．ＤＹＮＡ的壳单元、实体单输入文件包含关键字文件、应力初始化文件、重启动文件、界面段文件、时间历程全带之间，以及外部障碍物表面相互接触时不穿透，可以相对滑动，考虑摩擦，实现汽这种技术成功地用于整车碰撞研究、乘员与柔性气囊或安全带接触的安全性分析、薄板构的单面接触（屈曲分析）、与刚性墙接触、表面与表面的国连、节点与表面的固连、壳种选择可以求解下列接触问题：变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、板壳结烧、刚性及用户自定义材料，并可考虑材料失效、损伤、粘性、蠕变、与温度相关、与输出文件一般分两类：二进制文件和ＡＳＫＩＩ文件。二进制文件由关键字ＬＳ—ＤＹＮＡ程序的全自动接触分析功能易于使用，功能强大，非常有效。有二十多．１８．第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ软件简介Ｄ３ＰＬＯＴ，力的大小和方向。东北大学硕士学位论文３．２．６前后处理功能示：变形显示及各种动画显示。圈３．１．１９．ＬＳ－ＤＹＮＡ的文件系统Ｆｉｇ３．１ｎｌｅ矗ｌｅｓｙａｃｍｏｆＬＳ—ＤＹＮＡ国圆圈多数的ＣＡＤ／以Ｅ软件集成并有接口。前处理部分中，包括有限元直接建模与实体建模；ＧＬＳＴＡＴ（总体统计和能量）、ＭＡＴＳＵＭ（材料能量）、ＲＣＦＯＲＣ（接触面反作用力）划分等。后处理部分中，包括结果的彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、等值面显等。ＧＬＳＴＡＴ文件可以查看系统的总体能量及沙漏能的控制问题，ＭＡＴＳＵＭ可以查看ＡＳＣＩＩ文件由关键字＋ＤＡＴＡＢＡＳＥ＿ＯＰＴＩＯＮ控制输出，可输出的文件主要包括整、丰富的网格划分工具，自由网格划分、映射网格划分、智能网格划分、自适应网格ＬＳ—ＤＹＮＡ利用ＡＮＳＹＳ强大的前后处理模块，具有多种自动网格划分，并可与大布尔运算功能，实现模型的细雕刻；模型的拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等操作；完每个ＰＡＲＴ的能量变化和沙漏能控制问题，ＲＣＦＯＲＣ文件中可以查看每个接触界面接触第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介３．３３．３．１控制方程东北大学硕士学位论文式中＂为初始速度。在ｔ＝Ｏ时，初始条件为：（３）能量方程（１）动量方程Ｆｉｇ（２）质量守恒方程用于状态方程计算和总的能量平衡。３．２ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ基本理论■＝ｘ，（Ｘ，，ｆ）ｘ，（置，ｒ）＝ｘ。膏（Ｘ，，Ｏ）＝ｚｊ（ｘｊ，ｏ）％，，＋厩＝∥ｐ＝ＰｏＪＥ＝吼矗一（Ｐ＋ｑ）ＺＬＳ—ＤＹＮＡ程序的主要算法采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ描述增量法。式中，％为柯西应力；Ｚ为单位质量体积力：ｊ｝为加速度。式中，Ｖ为现时构形的体积；岛为应变率张量；ｑ为体积粘性阻力。式中，ｐ为当前质量密度；Ｐ０为初始质量密度；Ｊ为质量变化系数。。置（ｉ＝１，２，３）。在任意‘时刻，该质点坐标为而（／＝１，２，３），这个质点的运动方程是：如图３．２物体运动示意图：在固定的三维直角坐标系中，取初始时刻的质点坐标为偏应力岛＝呀＋（ｐ＋ｑ）ｔｒＦ图３．２物体构形示意图．２０．ｘｌ（Ｘ０Ｔｈｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｂｏｄｙｉ２１，２，３（３．５）第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ软件简介（３．６）（３．４）（３．３）（３．１）（３．２）载荷。东北大学硕士学位论文①面力边界条件②位移边界条件应用散度定理：③滑动接触面间断处跳跃条件并注意到分部积分：（４）边界条件（如图３，３）枷辽金法积分形式平衡方程为：式中，ＫＯ），ｉ＝１，２，３是给定位移函数。Ｓ‘其中，巍在ｓ２边界上满足位移边界条件。压力ｐ：一；盯。一ｑ图３．３边界条件Ｆｉｇ３．３Ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ口。Ｈ，＝ｆ，（ｆ）在Ｓ１面力边界上一（Ｘｊ，ｆ）＝墨（，）在Ｓ２位移边界上（西一ｃｒｉｎ］＝ｏ当＃＝巧接触时沿接触边界ｓ。式中，打，，ｊ＝ｌ，２，３为现时构形边界Ｓ‘的外法线方向余弦；ｔｉ，ｊ＝ｌ，２，３为面力￡（成一％厂∥）魂ｄ矿＋Ｆ西一ｃｒｉ）ｎｊ＆，ｄＳ＋Ｆ％ｎｊ－－ＩＩ）＆ｆｉＳ＝０￡（％践），，ｄＶ＝且啄哆魂搬＋水啄一啄）乃魂搬）（％疵，），ｊ－－Ｇｆｆ，ｊ（叠ｉ，』＝％出，一２ｌ一Ｓ”Ｔ（３．７）（３．９）（３．８）第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介（３，１１）（３．１０）零。东北大学硕士学位论文３．３．２空间有限元离散化插值矩阵ｒ上式可改写成：（３．１３）式用矩阵表示为：图３．４１８Ｐ口ｆｆ８节点实体单兀式中（白，仉，旬）为单元第，节点的自然坐标。ｔ（毒，ｒｌ，㈤２舌力（‰Ｏｘ／（‘）Ｆｉｇ３．４８－ｎｏｄｅｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔ办（舌，叩，ｆ）２言（１＋萌）（１＋ｒ／ｒ／－）（１＋筑）缸（孝，ｒ／，ｆ）｝＝ＩＮｋ｝ｅ序中，采用８节点六面体实体单元，这种低价单元运算速度快，精度也不错。式中，善，叩，ｆ为自然坐标，ｘ／（ｔ）为，时刻第，节点的坐标值，形状函数妒，式中，单元内任意点坐标矢量在ｚ＠，ｒ／，ｆ，，）】ｒ＝ｋ，Ｘ２，屯】单元内任意的坐标用节点坐标插值表示为（如图３．４所示）：此即虚功原理的变分形式。物理意义为：作用在物体上的外力和内力的虚功之和为本文中的实体单元介绍ＬＳ．ＤＹＮＡ程序的空间有限元离散化方法。在ＬＳ．ＤＹＮＡ程单元节点坐标矢量扛尸＝ｋ，毫，硝…．＃，考，霹】６露＝ｌ母ｉ＆ｌｄＶ＋ｐＨ融。ｄＶ－Ｉ西国ＩｄＶ—Ｓｔ，＆，ｄＳ＝ｏ．２２．以０Ｊ１；，ｏＳｆ＝１，２，３ｄ●ｄｄＪ２１，２，３＂－８ｌ１：ｉ（３．１３）第三章ＡＮＳＹＳ几Ｓ．ＤＹＮＡ软件简介（３．１４）（３·１２）成，即：。一３羔苎查主堕主兰堡垒墨素，形成集中质量矩阵。省数据存储量和运算次数。式中Ｆ＝∑ＪＢｒ耐矿。ｍ。１％《疋“２】％与单元速度场南，量：，屯有关，即【Ⅳ（善，ｒ／，ｆ）】＝Ｊ３．３．３单元计算的单点高斯积分１０经单元计算并组集后，（３．１５）式可写成：ｆ７＝Ｍ五五】；ＮＮ矢Ｎｔ７＝Ｍｆ：ｔ３］：ｎ为单元数。将（３．１４）式代入（３．１２）式得矩阵形式的表达式为：Ｆ＝∑ｐ７０ｄＶ＾癍（ｆ）＝Ｐ（ｘ，ｆ）一Ｆ（ｘ，Ｘ）＾癍（，）＝Ｐ（ｘ，ｆ）卜Ｆ（ｘ，量）蠡。瞄Ｏ）＋盹功一Ｈ薯ｆ）】＿０在ＬＳ·ＤＹＮＡ３Ｄ程序中，按时间步ｔ＝Ｏ，△ｆ１，Ａｔ，＋△ｆ２，……ｒ，Ｈ－出求解运动方程：单元计算陋７ａｆｆＶ是应力增量葩ｆ由应变率占根据材料本构关系求出。而应变率ｓ非线性动力分析程序用于工程计算，最大的困难是耗费机时过多，显式积分每一时步。单元计算的机时占总机时的主要部分。采用单点高斯积分的单元计算可以极大地节点载荷、面力、体力等形成；Ｆ为单元应力场的等效节点力矢量（或称应力散度）组集而新＝三氓＝二函”【ｐ７ＮｄＶｊｉ。＋ｐ７０ｆｆＶ—ｐ７ｆａｙ－ＩＮ７ｔｄＳ］＝Ｏ（３．１６）式中，Ｍ为总体质量矩阵；ｉ（ｒ）为总体节点加速度矢量；Ｐ为总体载荷矢量，由节ＬＳ．ＤＹＮＡ程序将单元质量矩阵ｍ＝ｆｐＵ７ＮｄＶ的同一行矩阵元素都合并到对角元式中，柯西应力矢量盯…＝［ＯｘＯ－，Ｏ－：盯，，盯。吒】，Ｂ为应变位移矩阵。体积矢量宣＝詈，如＝象，岛＝罄铲磊＾２蔷焉３蔷ｆ硝００…磊００庐０…０魂０一２３．０≯…０ｐｍ０ｆｌ０唬ｊ。。ｓ：笠三主垒型鱼！：里巡坠垫竺塑尘（３．１０）（３·（３．１８）（３．１７）（３．１５）东北大学硕士学位论文式中，形函数∑＝厶＝Ｆｌ＝蠡萏磊磊磊磊茧受蠡琉易编磊仇最仇备强磊编乞堤蠡吼／．２＝并用矩阵形式表达，则单元内任意点的速度分量为：对于８节点六面体实体单元内任意点速度分量为：度分量；∑，厶，厶，厶，ｒ，，ｒ：，Ｒ，Ｆ。称为基矢量，其值分别为：毫（毒，叩，ｆ，ｆ）＝∑纯（孝，叩，ｆ）茸（ｆ）吮（善，叩，ｆ）＝亡（１＋受害）（１＋仇）（１＋幺ｆ）毫ｚ＝丢爱＋鼍鸠。＝圭ｃ薏＋薏鸠－２三ｃ詈＋簧，＝之（、＋专ｋ罨＋ｒｌｋｒｌ＋‘ｋ‘＋专圆ｋ专ｑ＋ｒｈ《川‘＋考ｋ‘ｋ专≤＋芎圆ｋ‘ｋ专珥《）其中，（鼠，仇，氕），ｋ＝ｌ，２，…８是节点的自然坐标，取值为一１、１，代入式（３．２０），毫（参珂，ｆ，ｆ）＝；（∑７＋葺毒＋置，７＋层ｆ＋１１ｉ舌，７＋ｒ；印ｆ＋ｒ；菇＋ｒ；善叩ｆ）｛＃（ｒ））（３．２２）式中，｛《（ｆ）｝…＝喇（，），＃（ｆ）…芹（，）】是单元节点速度矢量，＃（ｒ）为第ｋ节点的节点速．２４．确仇仇仉醌叩２编堍Ｆ２＝协幺瑰乞编彘研磊厶＝厶磊幺幺琉缸琉￡仍岛礓１《１第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ软件简介厶厶￡岛（３．２０）（３．２１）东北大学硕士学位论文而Ｆ３＝堕。即：奶笛磊靠在计算单元内点应变率时有：％篙｛１‘１磊￡岳炙茧厶彘彘岛乞号‘。铂％堕：争塑±篮翌：￡２＊！堕：争塑＆！纽￡２ｘ！堕：争垫蠖：翌：兰２并！变形。ｒｌ，ｒ２，ｒ３和ｒ。则称为沙漏基矢量，模态如图３．５所示：图３．５实体单元速度场基矢量模态单元的刚体平移运动，基矢量厶反映单元的拉压变形，基矢量厶和厶反映单元的剪切画画廖国易国画＠Ｆｉｇ３．５Ｔｈｅｂａｓｅｖｅｃｔｏｒｓｉｎｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌｏｆｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔ单元的速度场是由基矢量∑，厶，厶，厶，ｒ，，ｆ：，ｒ３和ｒ。组成，其中基矢量∑反映％２瓦喃：２蔷喝，２蔷㈡：。互【蔷＋瓦Ｊ．．．叼’田慨订异蔷’蔷’毫。＝酉０２１÷１，如：＝薏，岛，＝鼍，宣：＝圭［善＋鼍－－＇ｚｊ．．．时，由下式计算鲁，善，．２５．Ｆ４＝磊琉靠彘仇六蕞叩ｌ氧彘仇氕岛吼岛岛仇螽｛１ｎ１‘１≮ｍ‘４第三章ＡＮＳＹＳ几Ｓ．ＤＹＮＡ软件简介东北大学硕士学位论文第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ软件简介ａ函ｋ施＾孰ａ孝锄ｉ魄觑２ａ打ａｃＩ）Ｉ锄ｔ缸］ａｆ在单元形心处（孝＝ｒ／＝ｆ＝０）进行单点高斯积分，该处形函数中（善，ｒ／，ｆ）的导数由式（３．２１）可得：｜ｌ１—８靠ｌｌｌ一８ｋ＝—仉ＩＩｋ鼬峨一西慨一切峨一暂＝１—８缸｜｜一●一ｋ式中，ｋ，厶。，ｋ分别为基矢量厶，岛，厶的第七个分量。从式（３．２３）可以看出，单点高斯积分对单元变形的沙漏基矢量没有在式中出现，也即沙漏变形模态对单元应变能的计算没有贡献，故称零能模态。在进行动力响应计算时，如果存在沙漏模态而不进行控制，就会出现计算结果发散，际中尤其需要加以注意。既然沙漏模态会使计算结果严重失真，并导致求解失败，因此在整个求解计算过程中必须随时监测沙漏模态并对其加以控制，关于沙漏模态的控制有多种方法，下面以较沙漏基矢量ｒ１，Ｆ：，Ｆ，，Ｆ。和其他基矢量∑，厶，厶，厶是正交的，即：ｒｊ∑＝０ｒｊ’厶＝０ｒｌ厶＝０ｒ？厶＝０ｉ＝１，２，３因此，在单元速度场｛毫，＝吲，坪…芹】中，若ｒ７·毫≠０，ｒ；·毫≠０，ｒ；·毫≠０，在单元各个节点处沿置轴方向引入沙漏粘性阻尼力为：厶＝ｑ∑％‰土ｊ＝ｌ，２，３ｋ＝１，２，…８．．２６．．３．３．４沙漏模态控制为常用的沙漏粘性阻尼法为例作简单介绍。ｒｌ－毫≠０时，则表示该单元速度场毫存在沙漏模态。其值称为沙漏模态的模。用壳单元，同实体单元一样，采用单点积分的壳单元也同样可能出现沙漏模态，这在实求解失败。在汽车碰撞的问题中，由于车身结构都是薄壁金属件，有限元分析时一般采量。存储空间和计算机时。程式（３．１７）应改写成：ｆ东北大学硕士学位论文３．３．５时间积分和时间步长控制月一ｉ式中”＋ｉ大时间步长）则下一个时间步长△，取极小值，即％＝∑＃ｋＬＳ．ＤＹＮＡ３Ｄ程序的运动方程考虑阻尼影响后为：其时间积分采用显式中心差分法，它的算式是：＾武（ｆ）＝Ｐ—Ｆ＋片一Ｃ毙膏ｃ‘，＝Ｍ。［Ｐｃ‘，一Ｆｃ乙，＋日ｃ‘，一蹦［乞一；］］ｘ（乞＋；］＝ｘ［。一；］＋ｊ１抵一∽，＋馘工ｈ）．＾矗ｐ）＝Ｐ（ｘ，ｆ）一Ｆ（ｘ，膏）十Ｈｌ＝（‘＋ｌ＋‘），Ａｔ．一Ｉ＝（‘一‘一１），△‘＝（‘＋ｌ一厶）觉（‘），Ｙｃ（ｔＩ），ｘ（‘＋Ｉ）１＝妄（乙＋‘一１），ｔＺ点高斯积分的单元数据存储计算机时要降低到ｌ／８或１／２７，并且在形心处（掌＝叩＝ｆ＝０）分别是‘时刻的节点加速度矢量、０弓时刻的节点速度矢量和。－时的节点坐标矢比较简单，耗费的机时极少。单元计算采用单点高斯积分比２×２×２点高斯积分或３ｘ３ｘ３进行单元计算又使工作量大大简化，因此，采用单点高斯积分进行单元计算会显著降低单元体积、材料应力波速以及当前质量密度有关的系数；亿为沙漏模态的模，其算式为：制，因此，沙漏粘性阻尼力作的功在总能量中可以忽略。另外，沙漏粘性阻尼力的计算计算每一个单元的极限时间步长Ａｔｅ，，ｉ＝１，２……（显式中心差分法稳定条件允许的最将各单元节点的沙漏粘性阻尼力组集成总体结构粘性阻尼力日，此时非线性运动方式中，负号表示沙漏阻尼力分量厶的方向与沙漏模态１１。的变形方向相反；吼是与由于沙漏模态与实际变形的其它基矢量是正交的，沙漏模态在运算中不断受到控Ａｔ＝ｍｉｎ（Ａｔ，１，△‘２，．Ａｔｏｍ）．２７．ｃ△乙一；＋△。，譬ｃ。，第三章ＡＮＳＹＳ几Ｓ．ＤＹＮＡ软件简介。件ｉ（３．２４）东北大学硕士学位论文求ｏ。时刻的应力矢量ｏ－（ｔ。＋，）。Ｊａｕｍａｒｍ应力率子符合这个要求。３．３．６材料模型的应力修正ＪａｌＨｎａｌｌＩｌ应力率屯的表达式是：形条件下材料模型和单元应力计算的关系。各向同性线弹性材料的本构关系是：由式（３．２６）可得ｏ（１）各向同性线弹性材料式中，Ｑ。为旋转张量，在求解过程中每一时步都要计算％（“）＝％（‘）＋吼（。哇］△乞咕岛＝岛一％Ｑ茸一％Ｑ舸妒箍一刳屯＝％岛∥为泊松比，，为当时质量密度。圪为单元体积，以一为单元最大一侧的面积。应力对时间的导数）必须是关于刚体转动具有不变性的张量，在连续介质力学中，分别为１．５和０．０６。ｃ为材料的声速，弹性材料为ｃ＝，／百兰豢ｐ，Ｅ为杨氏模量，元应力又是与材料模型相关的，在非线性动力分析中，材料的本构关系不是一成不变的，它们的性质同变形状态和时间历程有关。以下以两种最简单且最常用的材料来说明在变元ｔ＝Ｋ／Ａ，。。，对于４节点实体单元乞＝最小高度。ｃＩ和ｃｏ为无量纲常数，缺省值热应变率气＝丢（鼍＋鼢％是材料的弹性徽式中，△‘．为第ｉ个单元的极限时间步长，ｍ是单元数目。已知０时刻的构形ｘ（‘）、童（‘）和应力矢量盯（‘）ＤＡＴＡｔ．＋。时刻的构形ｘ（‘＋，）、童（‘＋。），考虑到结构大变形时存在大转动，因此，在本构方程中与应变率对应的应力率（即各种单元类型的极限步长△ｋ采用不同的算法。ｔ是特征长度，对于８节点实体单Ｂ７０＇ｄＶ，因此，必须先求得单元应力盯，而单．２８．ＶＬｌ十∥，ｔｌ一∥，广——＝二———：——一第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ软件简介（３．２７）（３．２６）ｃｓ．ｚｓ，方法。东北大学硕士学位论文计算‘＋。时刻的应力盯”１的步骤如下：∥＝１为各向同性硬化，０＜∥＜１为混合硬化）。（２）各向同性、随动硬化及混合硬化弹塑性材料将式（３．２７）和式（３．２８）代入式（３．２５）得：吒＝氏＋旺々Ｑ目＋Ｏ＇ｓｋ置同时改变，称为混合硬化材料。在塑性卸载时，材料呈弹性变形。应力坐标轴夹角相等并通过原点Ｏ的直线。石平面是通过坐标原点，且与轴线ｑ＝０＂２＝吒相垂直的平面，Ｖｏｎｍｉｓｅｓ屈服面在石平面上的截线是一个圆。对于各向同性硬化材料，圆的半径在增大，但圆心位置不变，如图３．８（ａ），而对于随动硬化材料，圆的半径不变，但圆心位置在改变，如图３．８（ｂ）。有些弹塑性材料特性既不量，∥泊松比，吼初始屈服极限，Ｅ切线硬化模量，∥硬化参数（∥＝０为随动硬化，力空间中，屈服面是一个圆柱表面，如图３．７所示，柱面的轴线Ｏ＂Ｉ＝０＂２＝ｏ－３是一条与主纯粹是各向同性硬化，也不纯粹是随动硬化，而是介于二者之间，即圆的半径和圆的位由于材料的应力应变关系不是一成不变的，因此，在计算时需要进行判别和修正，关于材料模型应力修正的方法也有很多，以下简单介绍常用的Ｇｒｅｅｎ—Ｎａｇｈｄｉ应力率修正％ｃ‰，＝％ｃｕ＋ｃ知毛（。畦］△乞畦＋［％ｃ乙，‰（。畦］＋％ｃ乙，‰（乞哇］］笆哇ｃｓ．ｚ。，①先按弹性变形的应力应变关系求得０＋。时刻的应力试探值盯‘。对于简单的Ｖｏｎｍｉｓｅｓ塑性模型，其屈服应力与压力无关。在三维应力状态的主应在塑性加载时，材料产生硬化，屈服面在７ｔ＂平面上的截线发生变化，但仍是一个圆。这种材料单向拉伸实验的应力应变关系如图３．６所示。试验测得材料数据：Ｅ弹性模．２９．ｈ第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介（３．２８）ｅｏＪ东北大学硕士学位论文Ｆｉｇ３．６Ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ②检查屈服条件—一户ｏ——每ｔ图３．６弹塑性材料应力应变圈严形。ｃｕｒｖｅ（ａ）／｜／，ｆｏｒｅｌａｓｔｏ—ｐｌａｓｔｉｃ《一‘时刻的移动张量布Ｉｌ，ｌａＥ一‘时刻的屈服极限Ｆｉｇ３．８Ｔｈｅｙｉｅｌｄｐａｔｔｅｒｎｏｆｉｓｏｔｒｏｐｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｏ＝昙（《一嘭）（《一《）一（《）２＝ｏ图３．８各向同性材料（ａ）与随动硬化材料（ｂ）屈服模式式中，《＝西一；‰，ｑ＝％＋ｆｌＥＡ务．３０．ｍａｔｅｒｉａｌ（ａ）ａｎｄ（ｂ）第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介ｋｉｎｅｍａｔｉｃｈａｒｄｅｎｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ（ｂ）东北大学硕士学位论文易一ｆ。时刻的有效塑性应变。如果ｍ茎０，则表示仍处在弹性变形区，此时霹”＝ＪＳ：；·即应力试探正确，可转④ｆ雾。：Ｅ雾＋△为：。孚＋［ｉ！兰：竺３１Ｇ！受＋Ｅ：ｐ竺！Ｉ！：！ｓ“：Ｓｖ‘一———圣兰ｏ（《一嘭）瞄“：瞄＋———璺二二堡！％（苗一《）胁叫）（《硼１２％ｎ“＝弼“＋（ｐ”１＋ｇ）磊［≯咧¨，］ｉｐ““·ｎ［铡第三章ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ软件简介壳。滑动线等。东北大学硕士学位论文３．３．８接触一碰撞界面算法界面。第二种算法是最常用的算法。部坐标系与总体坐标系的转换关系。ｗｍ动量守恒准确，不需要碰撞和释放条件。罚函数值大小受到稳定性。若计算中发生明显穿透，可以放大罚函数值或缩小时间步长来调节。于中面的线应变可以忽略；（２）与中面平行的截面上法向应力可以忽略。向纤维法向应变修改壳单元厚度，虽然在时步计算过程中保持该纤维长度不变。等。每种单元类型又有多种算法可供用户选择。下面主要介绍薄壳单元的算法特点。单元积分点应力修正在局部坐标系统，以保证与层面垂直的法向应力值为零。触、离散点与变形体的接触、变形体本身不同部分的单面接触、变形体与刚体的接触、对称罚函数法编程简单，很少激起网格沙漏效应，没有噪音，这是由于算法具有对称性、表面之间引入一个较大的界面接触力，其大小与穿透深度、主面刚度成正比，称为罚函节点对主表面的穿透。对罚函数法是同时再对各主节点处理一遍，其算法与从节点一样。ＬＳ．ＤＹＮＡ３Ｄ程序处理接触一碰撞界面主要采用三种不同的算法，即：节点约束法、对称罚函数法是一种新的算法，其原理比较简单。每一时步先检查各个从节点是否穿透主表面，没有穿透则对该从节点不作任何处理。如果穿透则在该从节点与被穿透主数值。它的物理意义相当于在从节点和被穿透主表面之间放置一个法向弹簧，以从对称罚函数法和分配参数法。第一种算法现在仅用于固连界面。第三种算法仅用于滑动变形结构固连以及根据失效准则解除固连，模拟钢筋在混凝土中固连和失效滑动的一维心为积分点位置），但在壳单元厚度方向，用户有多种选择，即高斯积分（２－５个积分点１、间正应力等于零。但是存贮数据是在总体坐标系的应力值。为此要建立薄壳单元层面局在ＬＳ．ＤＹＮＡ３Ｄ程序中处理不同结构界面的接触碰撞和相对滑动是程序非常重要薄壳单元的应力状态在层面内的平面应力状态，在本构关系运算时必须满足单元层和独特有效的功能。有二十多种不同的接触类型可供选择。主要是变形体与变形体的接梯形法则（等距积分点，点数不限）和用户定义积分法则，便于计算复合材料层壳和夹芯体单元的节点，由一个不伸长的纤维连接，这个约束条件使实体单元２个节点的６个自元，适用于大位移、大转动和大应变的情况。它满足薄壳单元的二个基本假定：（１）垂直由度退化成壳单元１个节点５个自由度。ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ程序在每一时步计算后按节点横用数值积分计算单元应力散度（矿耐矿，在层面内（ｆ＝常数，采用单点积分（层面形Ｈｕｇｈｅｓ—Ｌｉｕ薄壳单元是由８节点六面体实体单元退化得到的四节点四边形薄壳单８节点六面体实体单元退化成４节点四边形壳单元时，每个壳单元节点对应２个实．３２．第三章ＡＮＳＹＳ几Ｓ．ＤＹＮＡ软件简介东北大学硕士学位论文体，变形体表面定义为从表面，而共体表面定义为主表面，它比对称算法节省机时。理，则称为“分离和摩擦滑动一次算法”。它用于会属模压成型问题，将模具近似为刚对称罚函数法是将算法对从节点和主节点分别循环处理，如果仅对从节点循环处．３３．第三章ＡＮＳＹＳ几Ｓ．ＤＹＮＡ软件简介东北大学硕士学位论文线性有限元ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ１、模型数据来源第四章拟分析这一先进的方法和技术。４．１汽车车身模型数据准备理由相信所采集到的数据是较真实的。尽可能的满足乘员所受到的减加速度最小。１００％正面碰撞刚性墙的模拟分析研究。２、数据处理及输入数据，如车身主要部分材质、钢板厚度等，通过查阅有关文献取得。汽车正面碰撞数值模拟分析车身蒙皮等。受时间和条件的，车模型没有考虑焊接、铆接及粘合剂胶结等问题。在进行测量之前，仔细查看并熟悉该车身对象的结构，对车身的整体结构了解清楚，利用采集到的数据，在ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ程序前处理模块Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ中建立起了本课题研究工作中建立模型所需数据主要来自于某实车测量，测量不足需要补充的面碰撞时，一些附件对承受冲击载并不起明显的作用，因而所建立的模型对实车而言作工作量的一半左右。由于模型的好坏直接影响到后续计算的成败，因此，在建模的过程整车的几何模型。这是一个复杂、烦琐的过程，其工作量约占轿车碰撞模拟仿真所许需了简化处理。模型包括了一些主要的抗撞受力部件，如车架车身总成、保险杠总成以及几何模型建立后，根据程序求解问题的步骤，确定单元类型与材料模型。在本问题中，根据情况确定车身结构用３节点或４节点ＨＬ（Ｈｕｇｈｅｓ．Ｌｉｕ）壳单元划分，刚性墙以及采集准确、全面，对在碰撞过程中受到严重撞击的车身前端测量得尤为仔细、周全。有中就应为后面的网格划分工作做好准备。简化实车模型就不可缺少。考虑到汽车发生正并根据建模的需要描绘了简化的车身结构图。在实车测量过程中，对建模所需数据尽量对车身碰撞性能提出了许多要求，其基本原则就是要求车身结构在外力冲击下能以预定正面碰撞事故最多，危害性也最大。本课题研究工作中的一部分就对这种典型的碰撞状况采用基于动力显示积分法的ＬＳ－ＤＹＮＡ非线性有限元软件对轿车车身模型进行了车有关的安全措施，而内部安全性则包括了安全的汽车技术措施。长期以来，各方面都一个单一的结构单元。当今，对车身结构的耐撞性能的研究随着计算机技术的发展和非的方式变形，其变形量应控制在一定的范围内，并要求保持乘座室的完整性，同时还要中涉及的车身结构属于承载式车身结构，其车身、车架和前端钣金件被焊在一起而构成汽车碰撞安全性可分为外部安全性和内部安全性两种。外部安全性包括了所有与汽车身是车辆结构的重要组成部件之一，为乘员提供遮蔽、舒适和保护。本课题研究ＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）软件程序的推出和完善，越来越多地使用数值模．３５．第四章汽车正面碰撞数值模拟分析均相同。４８足埘／ｈ。东北大学硕士学位论文间步长大约为Ｏ．６８６Ｅ一０６Ｊ。３、边界条件和求解控制９２７８１个节点，９０５８３个单元。的应力减小，没有明显的变形发生。４．２．１正面碰撞车身变形结果分析４．２正面碰撞模拟计算结果及分析元和材料模型的具体含义，可参阅前面有关章节。与刚性墙以及汽车部件相互接触的摩擦系数均为０．１５。（ｉ）边界约束条件：刚性墙所有的自由度均被约束。ＡＮｓＹｓ几ｓ．ＤＹＮＡ软件在微机上计算碰撞时间定为ｌＯＯｍｓ。计算了时速为４８ｋｍ／ｈ的汽车车身与刚性墙正面碰撞的情况。（２）碰撞速度：按照ＣＭＶＤＲ２９４的标准，对汽车施加一ｘ轴负向的碰撞速度，大小为（３）接触算法：碰撞接触算法采用ＬＳ－ＤＹＮＡ程序中的自动单面接触算法，碰撞汽车变形，同时将大部分冲击能量吸收掉，使汽车动能降低。汽车在碰撞发生过程中冲击力击，冲击能量很大，在极短的时间内动量变化迅速，形成瞬时数值极高的冲击力，车身图４．１、图４．２和图４＿３分别是整车在０ｍｓ、５０ｍｓ、ｌＯＯｍｓ时刻的车身变形图。从图本上没有太大变形。出现此现象的原因是正面碰撞发生时，汽车车身前部受到猛烈的撞从前部传到后部有一个时间上的延迟，数值上也发生显著衰减，汽车的坐舱和后部承受的前纵梁等前部构件，车身前部产生褶皱，起到了吸收能量的作用。坐舱及车身后部基参考有关文献，实车碰撞时间基本在５０ｍｓ～Ｉｓ以内，根据现有微机资源情况，采用前部受此冲击力作用在碰撞时产生的应力远远超过材料的屈服应力雨发生较大的塑性根据车身实际用材情况并参考相关文献，车架、前后围以及车顶材料的屈服应力ｏ，中可以看出汽车前端发生了明显的翘盐变形，保险杠在受压变形后又反向压迫连接其上分别设置为２２０Ｍｐａ、１７０Ｍｐａ和１８５ＭＰａ，材料的密度、Ｅ值２０６ＧＰａ及Ｇ值７９．２ＧＰａ格剖分。图４．１所示为整车正面刚性墙碰撞模型的有限元网格划分图。整个模型共有模拟发动机和质量的块体采用实体单元划分。车身结构（包括模拟发动机和质量的块）选取双线性随动硬化弹塑性材料模型，刚性墙定义为刚性材料。关于ＨＬ（Ｈｕｇｈｅｓ—Ｌｉｕ）壳单（４）碰撞仿真时间控制：整个碰撞仿真时间为Ｏ．１Ｓ，程序采用自动时间步长控制，时完成上述步骤后，应用程序提供的划分网格工具（ＭＥＳＨＴＯＯＬＳ）对汽车模型进行网．３６。第四章汽车正面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文图４．２图４．１Ｆｉｇ４．２ＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦｉｇ４．１Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ０ｍｓ时刻汽车结构变形图５０ｍｓ时刻汽车结构变形图．３７．ｃａｒｃａｒａｔａｔＯｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ５０ｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ第四章汽车正面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文图４．３４．２．２正面碰撞位移变化结果分析图４．４所以本文讨论中只探讨各量在ｘ轴方向的变化。ｌＯＯｍｓ时刻汽车结构变形图Ａ柱和Ｂ柱上的测量点车门可以在不借助其他工具的情况下打开，乘员可以顺利逃生。Ｆｉｇ４．３ＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏＪ＂ａｔ１００ｔｈｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄＦｉｇ４．４ＴｈｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆＡｐｉｌｌａｒａｎｄＢｐｉｌｌａｒ图中可以看出，碰撞结束时，最大相对位移约为１０．４ｍｍ。此位移对车门来说变形不大，所示）。由于该车碰撞的初始速度设为ｘ轴负向１３．４ｍ／ｓ，Ｙ轴方向与ｚ轴方向速度为０，图４．５所示显示了前立柱上节点４０５９１相对于中立柱上节点４３１１４的位移变化。从分别取汽车前立柱上一点４０５９１和中立柱上一点４３１１４作为分析参考点（如图４．４．３８．第四章汽车正面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文图４．５‰～；－ｌ｜ｌ部受力会很大，对乘员空间会有很大影响。图４．６防火墙和地板上的测量点前立柱上节点４０５９１相对于中立柱上节点４３１１４的位移变化Ｆｉ９４．５ＴｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＮｏｄｅ４０５９１ａｔｆｒｏｎｔｐｉｌｌａｒｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｎｏｄｅ４３１１４ａｔｃｅｎｔｅｒｐｉｌｌａｒ分别取防火墙和地板上的点２９６３６和点２８０９７为测量点（如图４．６所示）。获得防火墙相对地板的位移变化如图４．７所示。其最大相对位移为１２７ｍｍ，此距离使乘员腿Ｆｉｇ４．６Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆｆｌｒｅｗａｌｌａｎｄｆｌｏｏｒ．３９．ｋ、茂≮≮≮第四章汽车正面碰撞数值模拟分析｛３警、．＼‘≮东北大学硕士学位论文第四章汽车正面碰撞数值模拟分析１４０１２口÷÷，重００∥ｔＩ罨珈￡Ｅ嚣：６０挚曰Ａ∥．口．塑４０矿Ｊｉ２０奢≯∞≯旱一７．毋”一０。，—妒譬１＂ｍｅ＿，；ｓ图４．７防火墙上相对地板的位移变化Ｆｉｇ４．７Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｆｉｒｅｗａｌｌｒｅｌａｔｉｖｅｆｌｏｏｒ图４．８所示为前保险杠相对位移变化的测量点，点７４６４８为前保险杠上中部前端一点，点２４９１５为前保险杠与前纵梁的连接点，两点的位移差即为前保险杠的相对位移变化。图４．９所示为前保险杠的相对位移变化蓝线。从图中可以看出，在０ｍｓ．２５ｍｓ相对位移迅速增加并达到最大值１７０ｍｍ，随后相对位移又有所减少，是由于前保险杠发生变形之后回弹的原因，到碰撞结束时，相对位移为１５０ｍｍ，回弹量为２０ｍｍ。图４．８前保险杠相对位移变化测量点Ｆｉｇ４．８Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｆｒｏｎｔｂｕｍｐｅｒ．４０－伺卅之０惶国恤坦东北大学硕士学位论文较平稳，直到碰撞结束速度衰减到零。４．２．３正面碰撞速度变化结果分析０ｆ．｛：，．｛—舻Ｏ．Ｄ２｝。｜／ｊ／／妒一，Ｉ‰、、Ｏ．Ｏｄ—一１＿ｉＩ刑盯§／。图４．１０汽车速度分析图图４．９前保险杠相对位移变化曲线Ｆｉｇ４．９Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｆｒｏｎｔｂｕｍｐｅｒ汽车整车的速度变化是通过中立柱与门槛梁相交点４３１１４来测量的。图４．１０为点４３１１４的速度变化曲线。从图中可以看出，速度从最大值开始，逐渐减小，速度衰减比Ｆｉｇ４．１０ＴｈｅＣｔｌｌＮｅｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙ．４１．０噩６／Ｉｌｍｅ日∥。Ｏ，０８．≯≯第四章汽车正面碰撞数值模拟分析Ｄ．１～～—“～２０岱０５１５讴Ｏ０－｜口２东北大学硕士学位论文伯∞４．２．５正面碰撞能量变化结果分析Ｆｉｇ４．１１Ｔｈｅ４．２．４正面碰撞加速度变化结果分析图４．１１汽车加速度分析图次微分的结果。汽车加速度最大值为１７５９（重力加速度ｇ＝９．８ｍ／ｓ“２）。曲线；Ｃ曲线为总能量曲线；Ｄ曲线为沙漏能量曲线：Ｅ曲线为滑移界面能。量，从而内能增加，随着变形的增大，内能也增大；同时动能因被转化为内能而减少，能减小为２ｋＪ，动能减少１５８ｋＪｉ同时由于汽车部件的变形吸能，系统的内能迅速升大，所示，为碰撞过程中的能量曲线。从图中可以看出，系统动能呈非线性的逐渐减少。系过程中。汽车碰撞开始是撞击体与被撞击体接触、变形由小到大，至最大，而后两体回统动能最大值为１６０ｋＪ，伴随着碰撞的发生，系统的动能迅速下降。ｌＯＯｍｓ时，系统动弹分离，各自运动，直至停止。而碰撞过程中的总能量是基本保持不变的。如图４．１２内能最小值为０，最大为１４５ｋＪ，内能增大１４５ｋＪ。汽车车身由于塌陷变形而吸收冲击能汽车碰撞过程表征了一个能量守恒、动量交换的瞬态过程，其动能大部分快速转变为变形能，小部分以声能、热能等其它能量耗散掉。能量变化清楚地表现在汽车的碰撞的曲线。从曲线中可以看出。减速度的曲线较位移和速度的曲线波动得很剧烈，这是二减少的动能一部分转化为车身的内能，一部分转化为热能消散掉。由于碰撞结束时碰撞汽车碰撞后的减速度变化，在量级上仅取决与两车的接近速度而与自身的绝对速度无关；而且，减速度的平均值大致与质量成反比。如图４．１ｌ所示，为汽车加速度变化图４．１２为汽车碰撞过程中的能量变化图，其中Ａ曲线为动能曲线；Ｂ曲线为内能．４２．ｃｕｒｖｅ＂Ｖａｎｏ／８８．０８ｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ第四章汽车正面碰撞数值模拟分析Ｏ．０８０．１东北大学硕士学位论文ＬＵ鼋８０盏苗因此可以说本次模拟计算是成功的。—Ｐ垮≤｜ｌ｝Ｃ！！一《≮Ｉ、｜｜｝｝…谚一銎、】困ｌ！ｉ∥器一０。∥ｉ¨｜｜｝｜～…／～Ｚ＋。７段时间内前保险杠为主要的吸能部件。Ｆｉｇ４．１２Ｔｈｅ２｝’＼；套”｛１ｏｒｃｕｒｖｃ≮Ａ、一］一鬟。－，ｊ’。一图４．１２正面碰撞能量变化图变形从图中可以看出，沙漏能量最大为８ＫＪ，控制在了系统总能量的１０％以下。前面分析过汽车速度在逐渐衰减，显见动能必然随之减少，这符合实际变化趋势。０ｍｓ．３５ｍｓｌ勾能迅速增加，而且碰撞开始时，汽车前保险杠与刚性墙首先接触，所以在这汽车发生了回弹，汽车的动能并没有降低到零，大约还保持着２ＫＪ的动能。对于沙漏图４．１３所示为前保险杠在碰撞过程中吸收的内能变化曲线。从图中可以看出，在．４３．一厂ｑ｛ｉ挺一裘｛８融㈣＿ｎｄ＿‘‘一＿一Ｉ目Ｉｔ豫４ｌｓｈｇ皤￥｛ｌ＼｜。ｉ二嬲Ｋ÷珏孵ｒ一Ｎ｛ｏｆｅｎｅｒｇｙｉｎｆｒｏｎｔａｌｃｒａｓｈｊ一，≤。｝／｜，”：燕甄ｌ蔓｛吓鼍囊Ｆ鹾耄：＿：：二ｌ一．｝；．蕊‘．～一Ｈｏ¨憾Ｉ＃蒋￡ｎ《姆，ｐ４ｍ口ｅｒ辱ｎ蚶＃ｙ第四章汽车正面碰撞数值模拟分析一÷‘一Ｔ融羽Ｅｈｅｔ们丁日ｌ｛ｌ。珏一ｌ■妒。ｆ～＝。一东北大学硕士学位论文－。》。◇｝ｒ图４．１３前保险杠吸收的内能Ｆｉｇ４．１３Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｂｕｍｐｅｒ图４．１４前纵梁碰撞前后结构图Ｆｉｇ４．１４Ｔｈｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｄｅｆｏｒｍｅｄａｎｄｕｎｄｅｆｏｒｍｅｄｆｉ＇ｏｎｔａｌｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｂｅａｍ在７０ｍｓ左右达到最大值，约为２３．８ＫＪ，占总内能的１６．４％，起到了一定的碰撞缓冲作用，前纵梁变形很小。随着碰撞的进行，前纵梁变形逐渐增大，吸收的内能也迅速增加，并程中吸收的内能变化曲线。从图中可以看出，在０ｍｓ．１５ｍｓ之间内能变化很小，这段时间图４．１４所示为前纵梁在碰撞前后的结构变化图。图４．１５所示为前纵梁在碰撞过．４４．第四章汽车正面碰撞数值模拟分析如弱循佃ｎ５４．３本章小结上没有太大变形。东北大学硕士学位论文／，效果有待进一步探讨提高。｝；Ｆｉｇ４．１５／∥１．ｉｍｅｌｓ图４．１５前纵梁吸收的内能Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｒａｉｌｓ助其他工具的情况下打开，乘员可以顺利逃生。通过分析防火墙相对地板的位移变化，其最大相对位移为１２７ｍｍ，此距离使乘员腿部受力会很大，对乘员空间会有很大影响。建议尽可能考虑增长前纵梁和吸能大的褶皱变形材料或结构，以提高其吸能缓冲效果。前纵梁等前部构件，车身前部产生褶皱，起到了吸收能量的作用。坐舱及车身后部基本１、汽车前端发生了明显的翘曲变形，保险杠在受压变形后又反向压迫连接其上的但吸能效果有待进一步提高，车身结构设计中必须予以高度重视。在有限的空间情况下３、通过对能量的分析，发现前保险杠及前纵梁为主要的吸能部件。前纵梁的吸能２、通过分析Ａ柱和Ｂ柱的相对位移变化曲线，发现车门变形不大，车门可以在不借．－４５．－第四章汽车正面碰撞数值模拟分析１以探讨。东北大学硕士学位论文第五章７．４％（７．０）％５．１侧面碰撞结构变形分析Ｆｉｇ５．１Ｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｃａｒｃｒａｓｈ发动机舱和前纵梁那样的吸能机构，碰撞能量主要靠车门和车立柱的变形来吸收。明了汽车正面碰撞的一些特征。但汽车在不同侧面部位发生侧面碰撞的概率也不算小，下面对乘驾人员安全较不利位置，即汽车侧面中部９０。夹角方位，对侧面碰撞的特性作撞（包括正面斜碰）的概率最大，图５．１为８０年代美国车辆碰撞发生部位统计（括号内数字为美国某州对汽车碰撞发生部位的统计）嘲。在上一章里，我们以４８．３Ｋｍ／ｈ为例说侧面碰撞也是汽车碰撞的一种常见形式，在汽车侧面碰撞中，没有像在正面碰撞中如图５．２所示为汽车侧面碰撞有限元模型。５．３％４．７％汽车侧面碰撞数值模拟分析汽车的碰撞形式多种多样，包括前碰、侧碰、追尾、翻滚等，其中汽车发生『Ｆ面碰图５．１汽车发生碰撞部位的概率分布图．．４７．．（７．０）％（４：舷３．７％（６．０）％孟：舷（６‘ｏ）％１４．１％第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析１３．０１％东北大学硕士学位论文Ｆ培．５．２Ｔｈｅ图５．２侧面碰撞有限元模型图５．３移动壁障的模型图组成，包含１２３７０个节点，７９３８个单元，移动壁障的模型图如图５－３所示。和吸能块两部分组成，台车由塑性随动硬化材料构成，吸能块用蜂窝状材料来模拟。整本次侧面碰撞选用移动壁障与试验车进行碰撞模拟仿真试验，移动壁障由移动台车个移动壁障模型长４２３ｌｍｍ，宽１８２８ｍｍ，高１０７１ｍｍ，质心位置距离吸能块前表面１９９４ｍｍ，距离移动壁障纵向位置０ｍｍ，离水平地面４７６ｍｍ，整个移动壁障有８个ＰＡＲＴＦｉｇ．５．３Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｍｏｖｉｎｇｂａｒｒｉｅｒ．－４８．－ＦＥｍｏｄｅｌｏｆｓｉｄｅｃｒａｓｈ第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文的原因，汽车发生了“甩尾”的现象。图５．４件和接触类型同前面汽车正面碰撞时的相同。０ｍｓ时刻汽车碰撞变形图为静止不动的，而对壁障施加一个相对速度来模拟汽车的行驶速度。碰撞汽车的边界条在实际过程中汽车是以一定速度运动的，为了简化模型，我们将汽车在碰撞初始时刻设车中线的夹角为９０。，对壁障施加两个方向的速度，其中一个以４６．７Ｋｍ／ｈ的初速度沿图５．４、图５．５、图５．６为移动壁障车中线与汽车中线成９０。夹角碰撞结果各时刻序皱变形。碰撞过程中，汽车有一定的横向滑移，而且由于施加于台车Ｘ方向的初始速度列图。从图中可以看出，车门、Ｂ柱都发生了较大的变形，汽车地板也发生了很大的褶９０。方向，另外一个以２３．８Ｋｍ／ｈ的初速度沿汽车行驶的逆方向（Ｘ方向）。这是因为本次侧面碰撞是用移动壁障９０。侧面碰撞汽车进行的模拟，即移动壁障车中线与汽Ｆｉｇ．５．４ＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃａｒｃｒａｓｈａｔＯｍｓ．４９．第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文Ｆ瑭．５．５图５．６图５．５Ｆｉｇ．５．６ＴｈｅＴｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃａｒｃｒａｓｈａｔ５０ｍｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ５０ｍｓ时刻汽车碰撞变形图ｌＯＯｍｓ时刻汽车碰撞变形图生了脱落，碰撞结束时，可能会出现车门打不开，而导致乘员无法逃生。车门变形侵入乘员舱，对乘员空间产生了很大的影响。图５．７所示为汽车碰撞前后车门变形碰撞过程中的主要吸能部件为Ｂ柱和车门，其中车门发生了很大的变形，并发．５０．ｏｆｅａｒｃｒａｓｈａｔｌＯＯｍｓ第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文对比图。图５．８所示为汽车车门碰撞前后截面变形图。图５．７碰撞前后车门变形对比Ｆｉｇ．５．７Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｄｏｏｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｃｒａｓｈ．５１．第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析５．９所示。东北大学硕士学位论文５．２侧面碰撞运动规律分析图５．８车门截面变形图Ｆｉｇ５．８Ｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃａｒｄｏｏｒ速度变化低于１０ｍ／ｓ。根据法规，在Ｂ柱中部左右分别取点４３５９４和点６０４４７作为测量里根据ＥＣＥ９５（欧洲侧面碰撞法规）中规定的，Ｂ柱相对位移变化低于３５０ｍｍ。相对点，在Ｂ柱下端左右分别取点４３１２２和点５９９７５作为测量点。Ｂ柱各测量点位置如图在侧面碰撞中，Ｂ柱发生很大变形。由于国内还没有实行侧面碰撞法规，所以在这．５２．（ｂ）第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析东北大学硕士学位论文·∥ｉ，｝产图５．１０广幽５．９∥９所减少，是由于碰撞过程中，Ｂ柱变形出现了回弹的原因。Ｆｉｇ．５．９ＴｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆＢｐｉｌｌａｒＢ柱下端Ｙ方向相对位移变化曲线Ｆｉｇ，５．１０ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆＢｐｉｌｌａｒａｔＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎ大值３２５ｍｍ，低于法规中规定的３５０ｍｍ。从６５ｍｓ．１００ｍｓ碰撞过程结束，相对位移又有看出，在Ｏｍｓ一６５ｍｓ相对位移迅速增加，但是位移变化比较平稳，在６５ｍｓ左右达到最如图５．１１所示为Ｂ柱下端测量点Ｙ方向的相对速度变化曲线，从曲线中可以看出，如图５．１０所示为Ｂ柱下端左右测量点的Ｙ方向相对位移变化曲线，从曲线中可以一５３－ＴｉｒｅｅｌｓＢ柱测量点位置——～遗ＮａｄｏＮ０第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析Ｊｋｓｕｂ－４３１２甜５９９７５至２０４６２０８／一ｌ｝｝东北大学硕士学位论文≯∥‘｛＼图５．ＩＩ毒ｉ≯≮毒大值２７５ｍｍ，低于法规中规定的３５０ｍｍ。图５．１２≯≮Ｘ夕≮＼Ｆｉｇ．５．１１ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆＢｐｉｌｌａｒａｔＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎＢ柱中部Ｙ方向相对位移变化曲线Ｂ柱下端Ｙ方向相对速度变化曲线现了负的速度，也是由于变形出现回弹的原因，这点和位移变化是相对应的。相对速度变化最大值为９．８ｍ／ｓ，低于法规要求中规定的１０ｍ／ｓ，在６５ｍｓ—ｌＯＯｍｓ之问出如图５．１２所示为Ｂ柱中部左右测量点的Ｙ方向相对位移变化曲线，从曲线中可以看出，在Ｏｍｓ．６０ｍｓ相对位移迅速增加，但是位移变化也很平稳，在６０ｍｓ左右达到最Ｆｉｇ．５．ＩｌＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆＢｐｉｌｌａｒａｔＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．．５４．．１＾ｉｍ９｝｝《、—／＼。＼，ｄ第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析——蘑，｛薹东北大学硕士学位论文＇－，姜｝一｜’１｛＼５．３侧面碰撞能量分析图５．１３≤、≮警、相对速度变化最大值为８．３ｍ／ｓ，低于法规要求中规定的１０ｍ／ｓ，Ｂ柱中部Ｙ方向相对速度变化曲线Ｆｉｇ．５．１３ＴｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆＢｐｉｌｌａｒａｔＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎ约占总内能的１５．５％。另外汽车地板、左门槛梁及车顶盖也吸收了部分内能。如图５．１３所示为Ｂ柱中部测量点Ｙ方向的相对速度变化曲线，从曲线中可以看出程中，汽车吸收的总内能为５２．８ＫＪ，车门和Ｂ柱为主要的吸能部件，两者吸收了大部分的内能。其中车门吸收的内能为２３．４ＫＪ，约占总内能的４４％，Ｂ柱吸收的内能为８．２ＫＪ，如图５．１４所示为侧面碰撞过程中的汽车能量变化曲线。从图中可以看出，在碰撞过．５５．Ｔｉｆｌ：Ｉｅｔｓ、、∥』＼ＮｏｄｅＮＯ第五章汽车侧面碰撞数值模拟分析上ｓｕｂ一４３５９４１６０４４７５．４本章小结…ｌ东北大学硕士学位论文ｌ㈠ｌ；１…ｒ…■…ｒ。一…ｒ…？Ｆ—ｒ””ｊ。…一｝：¨ｉ｝…Ｌ｝一．｛¨…｝¨一……．５６．槛梁及车顶盖均发生了较大的变形。车门变形侵入乘员舱，但是通过分析Ｂ柱下端及中部的相对位移变化量及相对速度变化量都很好的满足了法规要求，说明乘员在碰撞过程内能约为总内能的５９．５％，起到了较好的吸能作用。图５．１４内能变化曲线Ｆ远．５．１４ＴｈｅＣＵｔ＇Ｖｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｅｎｅｒｇｙ囊图ｊ宣掣卜≥中有生存空间保证。通过对内能的分析发现车门和Ｂ柱为主要的吸能部件，两者吸收的本章通过对汽车侧面碰撞的分析，发现在侧面碰撞过程中，车门、Ｂ柱、地板、门第五章汽车侧面碰撞数值模拟分折探讨。中有生存空间保证。本上没有太大变形。模拟的精度。６．２存在问题６．１课题工作总结２、侧面碰撞模拟方面１、１００％正面碰撞模拟方面总内能的５９．５％，起到了较好的吸能作用。东北大学硕士学位论文吸能效果不够理想，应进一步探讨结构改进。不借助其他工具的情况下打开，乘员可以顺利逃生。第六章结论与展望撞轿车进行了模拟仿真，结合仿真结果分析，提出如下几点结论：乘员腿部受力会很大，对乘员空间会有很大影响，提请予以注意研究解决。受作者自身能力和时间的，在论文的研究过程中存在以下几方面需待改进：计算的精度和计算时间。在建模过程中对模型的简化处理基本上全依赖于个人的经验，ｌ、对于汽车碰撞这种高度非线性的有限元分析问题，模型的好坏直接影响到模拟触算法，确定有效的接触界面将大大降低模拟计算所消耗的时间，这方面还有待进一步槛梁及车顶盖均发生了较大的变形。车门变形侵入乘员舱，但是通过分析Ｂ柱下端及中（２）通过对内能的分析发现车门和Ｂ柱为主要的吸能部件，两者吸收的内能约为（１）通过对汽车侧面碰撞的分析，发现在侧面碰撞过程中，车门、Ｂ柱、地板、门因此需要在实践中加深对碰撞中零部件的变形理解，建立合理有效的有限元模型以提高部的相对位移变化量及相对速度变化量都很好的满足了法规要求，说明乘员在碰撞过程的前纵梁等前部构件，车身前部产生褶皱，起到了吸收能量的作用。坐舱及车身后部基２、在碰撞模拟计算中，接触问题的处理占去大量的计算时间。因而选用合理的接本文主要通过模拟计算这种途径，对轿车车身结构正面碰撞刚性墙以及壁障侧面碰（４）通过对能量的分析，发现前保险杠及前纵梁为主要的吸能部件。但前纵梁的（３）通过分析防火墙相对地板的位移变化，其最大相对位移为１２７ｍｍ，此距离使（１）汽车前端发生了明显的翘曲变形，保险杠在受压变形后又反向压迫连接其上（２）通过分析Ａ柱和Ｂ柱的相对位移变化曲线，发现车门变形不大，车门可以在．５７．第六章结论和展望量。１、深入研究２、计算工况增加６．３展望未来东北大学硕士学位论文入与开展，总结如下：计算，给出各自的统计规律。３、开展实车碰撞实验与碰撞模拟相结合的研究是在新车的开发研究中，计算机碰撞模拟要与实车碰撞实验走相结合的道路。于缺少数据，还要继续对市场上比较多的车型（例如客车、货车、微型车等）进行建模、这里分析了汽车正面碰撞和侧面碰撞问题，然而对其他规律的研究和认识还不够，计算工况多而且复杂，不同车型不同速度不同角度之间的组合碰撞，这些工作量是知道碰撞结果的正确性，此外还可以通过实车碰撞实验来改进碰撞模拟计算方法，尤其十分艰巨的。要完成这些工作，不仅要数量的积累，还要及时总结规律，尽量减少计算例如碰撞力等。在今后的工作中，要把重点转移到这个方面。不断深化认识、总结。由者的时间、精力和各种客观因素，本论文难免流于肤浅，还有很多的工作有待进一步深算。然而，汽车的种类繁多，还有其他很多车型或工况等碰撞问题需加深理解。限于作汽车碰撞是一个相当复杂的过程，这里只是对几种简单的情况用计算机进行模拟计计算机碰撞模拟结果最终要通过实车碰撞来进行验证，只有通过实车碰撞检验才‘能．５８．第六章结论和展望２００１东北大学硕士学位论文１２—１３１９（２）：８０．１０５３６．３９２。３５—４７科学版），２００１，４１（１１）：９８．１０１（２）：８５．８９同济大学学报，１９９７，２５（４）：４５０．４５４报（自然科学版），１９９９，３９（２）：１０２—１０５参考文献能研究［Ｊ］，系统仿真学报，２００４，１６（１１）：２４２８—２４３１９．刘学术．汽车碰撞特征参数研究［Ｄ］，大连：大连理工大学，２００３１５．陈言平．风景海狮碰撞安全性改进设计［Ｄ］，大连：大连理工大学，２００３１３．朱西产．实车碰撞试验法规的现状和发展趋势［Ｊ］，汽车技术，２００１，４：５．１０７．王进．汽车碰撞中数据采集系统的分析与研究［Ｄ］，大连：大连理工大学，２００４６．胡少良．我国汽车碰撞安全性研究的现状［Ｊ］，天津汽车，１９９５，８（３）：３３．３５３．张觉慧，谭敦松，高卫民，黄锡朋．汽车碰撞的有限元法及车门的抗撞性研究［Ｊ］，１０．唐国斌．ＳＣ６３７０微型客车车身前部结构设计与试验研究［Ｄ］，南京：南京理工大学，８．黄世霖，张金换，王晓东等．汽车碰撞与安全［Ｍ］，北京：清华大学出版社，２０００，１４．梁宏毅，关乔，陈建伟．解析中国汽车正面碰撞试验法规［Ｊ］，世界汽车，２００１，１１：５．蒋晓光，刘星荣．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1999(2)

2004(11)

作者：

学位授予单位：

汽车碰撞模拟仿真分析

曹华龙东北大学

31.中国汽车工程学会 汽车安全技术 2004

8.黄世霖.张金换.王晓东 汽车碰撞与安全 2000

5.蒋晓光.刘星荣 小型客车碰撞特性研究 1999(03)

24.刘建新.周本宽 汽车碰撞安全保护结构 1997(06)

7.王进 汽车碰撞中数据采集系统的分析与研究 2004

6.胡少良 我国汽车碰撞安全性研究的现状 1995(03)

9.刘学术 汽车碰撞特征参数研究[学位论文]硕士 2003

18.乔希永 汽车实车碰撞试验电力牵引系统的开发 1998(01)

17.刘正恒 机械系统碰撞动力学响应的计算机仿真研究 2003

15.陈言平 风景海狮碰撞安全性改进设计[学位论文]硕士 2003

20.苏保国 轿车车身结构碰撞数据模拟计算研究[学位论文]硕士 2001

16.王欣 含人体模型的车辆正面碰撞计算机模拟分析[学位论文]硕士 2003

23.雷雨成.严斌.程昆 汽车的碰撞相容性研究[期刊论文]-汽车科技 2004(1)

13.朱西产 实车碰撞试验法规的现状和发展趋势[期刊论文]-汽车技术 2001(4)

21.顾力强 轿车保险杠和金属缓冲吸能结构的耐撞性研究[学位论文]博士 2000

10.唐国斌 SC6370微型客车车身前部结构设计与试验研究[学位论文]硕士 2001

19.王阳.孙振东 汽车实车碰撞试验方法探讨[期刊论文]-汽车研究与开发 2001(3)

30.杨华 汽车碰撞试验缓冲吸能装置的计算机仿真与试验研究[学位论文]硕士 2002

26.刘伟香.周忠于 汽车与汽车碰撞交通事故分析模型[期刊论文]-汽车科技 2003(5)

27.李莉.杨济匡 汽车与行人碰撞的动力学响应仿真研究[期刊论文]-计算机仿真 2003(7)

14.梁宏毅.关乔.陈建伟 解析中国汽车正面碰撞试验法规[期刊论文]-世界汽车 2001(11)

4.郭应时.吴晓武 汽车非对称正面碰撞过程模拟[期刊论文]-西安公路交通大学学报 1999(2)

12.朱西产.钟荣华 薄壁直梁件碰撞性能计算机仿真方法的研究[期刊论文]-汽车工程 2000(2)

25.王登峰.曾迥立 汽车吸能转向机构与驾驶员碰撞的仿真与试验[期刊论文]-汽车工程 2003(1)

22.陈晓东.尹同耀.朱西产.冯琦.程勇 汽车侧面碰撞计算机仿真方法[期刊论文]-汽车工程 2004(1)

3.张觉慧 汽车碰撞的有限元法及车门的抗撞性研究[期刊论文]-同济大学学报(自然科学版) 1997(4)

29.孟庆雨.陈明.郑昆 汽车转向管柱支撑结构碰撞过程分析与改进设计[期刊论文]-机械制造 2003(9)

1.裘新.黄存军.张金换.黄世霖 汽车正撞的数值模拟及实验验证[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版）

11.李一兵.陈云刚.吴卫东 CM碰撞模型的建立及试验验证[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 2001(11)

28.马春生.黄世霖.张金换.白远利 汽车正面碰撞法规中乘员保护指标探讨[期刊论文]-公路交通科技 2004(1)

32.王宏雁.瞿喆文 吸能式转向系统在正面碰撞中运动响应模拟[期刊论文]-同济大学学报(自然科学版) 2003(12)

2.亓文果.金先龙.张晓云.李渊印.李根国 汽车碰撞有限元仿真的并行计算及其性能研究[期刊论文]-系统仿真学报

2002(10)

报 2003(2)

学报 2001(1)

39.赵海鸥 LS-DYNA动力分析指南 2003

49.谢勇 车辆追尾碰撞事故的分析 1999(05)

35.张维刚 汽车碰撞安全性设计与改进技术 2002

66.彦仁 国外NCAP汽车碰撞安全性的评价指标 2002

36.孙宏图 汽车碰撞分析专家系统[学位论文]硕士 2002

38.钟志华.张维刚.曹立波.何文 汽车碰撞安全技术 2003

37.曹立波 汽车前碰撞安全性的试验与仿真技术研究 2001

67.李玉璇.张晓云.葛龙 基于碰撞仿真对小客车的结构改进

58.廖其红.林忠欣 汽车侧面碰撞试验方法的分析 1999(05)

41.李志坚 铁路车辆/轨道系统冲击载荷响应的数值分析 2003

44.陈文陪.严隽琪.马登哲 CAE软件的现状与实施方法 1999(08)

53.朱大勇 轿车正面碰撞的计算机模拟[期刊论文]-北京汽车 2002(1)

40.胡玉梅 汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究[学位论文]博士 2002

50.贾宏波.黄金陵 车身碰撞仿真技术在红旗轿车车身开发中的应用 1998(05)

56.雷正保.杨应龙.钟志华 结构碰撞分析中的动态显式有限元方法及应用 1999(03)

34.万鑫铭 汽车驾、乘人员安全气囊有限元模型的建立及其在前碰撞中的应用 2003

51.朱西产 汽车正面碰撞试验法规及其发展趋势的分析[期刊论文]-汽车工程 2002(1)

61.贾宏波.黄金陵.郭孔辉 汽车车身结构碰撞性能的计算机模拟、评价与改进 1998(02)

46.魏朗.陈荫三.石川 博敏 车辆碰撞过程的试验分析研究[期刊论文]-汽车工程 2000(4)

55.徐敦舸.高卫民.李涛 轿车正面碰撞有限元仿真模拟建模[期刊论文]-城市车辆 2001(5)

52.马永春.陈思忠.居襄 非承载式车身正面碰撞的数值分析[期刊论文]-汽车工程 2000(2)

60.周忠于.刘伟香 汽车车身结构的布设与安全性研究[期刊论文]-机械设计与制造 2003(4)

43.周丽军 自由圆管经受横向撞击时的动力响应的实验研究和计算机仿真[学位论文]硕士 2003

65.顾力强.林忠钦 国内外汽车碰撞计算机模拟研究的现状及趋势[期刊论文]-汽车工程 1999(1)

48.魏朗.郭应时.余强 车辆实车碰撞试验的模拟再现[期刊论文]-西安公路交通大学学报 2000(1)

62.张维刚.钟志华 非线性动态有限元碰撞仿真技术的工程应用研究[期刊论文]-计算机仿真 2002(2)

63.张觉慧 汽车碰撞的有限元法及车门的抗撞性研究[期刊论文]-同济大学学报(自然科学版) 1997(4)

54.王宏雁.高卫民.贾宏波 轿车正面碰撞计算机数值模拟的分析[期刊论文]-安全与环境学报 2001(5)

59.陈晓东.苏清祖.程勇.朱西产 汽车侧碰移动变形壁障有限元模型的开发[期刊论文]-汽车工程 2003(3)

45.李玉璇.林忠钦.蒋爱琴.张晓云 材料模型参数设置对碰撞仿真结果的影响[期刊论文]-汽车工艺与材料

47.裴剑平.袁泉.胡远志.李一兵 车辆碰撞事故再现轨迹模型的建模方法[期刊论文]-农业机械学报 2002(5)

.龚友.刘星荣.葛如海 小型客车整车正面碰撞分析[期刊论文]-江苏理工大学学报（自然科学版） 2000(3)

42.王大志.孔凡忠.黄世霖.张金换 轻型客车正面碰撞车架吸能结构优化设计[期刊论文]-公路交通科技 2004(2)

33.张士宏.尚彦凌.郎利辉.康达昌.王仲仁 用动态显式有限元法对板材成形进行计算机模拟[期刊论文]-塑性工程

57.张晓云.金先龙.葛龙.周长英.艾维全.王仕达 面向国家标准的汽车转向机构安全性仿真[期刊论文]-系统仿真学

68.宗子安.曹立波 计算机模拟技术在汽车碰撞试验中的应用 1993(01)

69.Sae U Park.Maddhu R Koka A FE Modeling and Validation of Vehicle Rubber Mount Preloading andImpact Response 2004

70.Iulian Lupea.Joel Cormier.Sital Shah FEM for Impact Energy Absorption with Safety Plastic 200471.Ajit D kelkar.Mark J Schulz Simulation of a Car Frontal Offset Impact into a Fixed DeformableBarrier

72.L Castejonl Energy Absorption Capability of Composite Materials Applied to Automotive CrashAbsorbers Design

73.Engineer Technology Associtates Inc eta/FEMB-PC USER'S MANUAL 2001

74.Livemore Software Technology Corporation LS-DYNA KEYWORD USER'S MANUAL 200175.John O Hallquist LS-DYNA THEOREICAL MANUAL 199876.Moisey B shkolnikov Strain Rates Crashworthiness 2004

77.Eric A Nelson.Li Hong Curved Barrier Impact of a NASCER Series Stock car 2004

1.学位论文 邸建卫 含人体模型的车辆正面碰撞计算机模拟分析 2006

随着车辆朝着高速化、轻量化方向发展，汽车保有量不断增加，交通事故数量及其造成的人员伤亡数量呈上升趋势。为提高汽车被动安全性能，减少乘员伤亡，在汽车开发阶段必须研究汽车结构的耐撞性和在碰撞中对乘员的保护作用。虽然汽车碰撞试验对车型以及被动保护装置的最终认证和鉴定必不可少，但其试验准备工作费用和试验所需费用都十分昂贵，同时受随机因素以及环境和技术手段的影响，试验结果尚存在不够稳定和有些动态数据获取困难的问题，而且可重复性差。国外相关研究表明，对含假人的汽车碰撞过程进行计算机模拟，不仅能预测汽车结构本身的耐撞性能，同时还能较准确的预测碰撞过程中乘员的响应与伤害程度，能实现在车辆开发进程中较好的预测其被动安全性能，利于减少实车碰撞试验次数，节约经济成本，加快新车型开发速度。

本文详细研究了碰撞过程数值模拟计算的相关理论—动态显式非线性有限元法基本原理、思路和实现方法，涉及到的内容包括碰撞过程描述基本方程、结构有限元离散化方程、假人及汽车碰撞模拟相关单元、碰撞模拟中时间积分算法、碰撞过程中的接触算法、假人及汽车碰撞模拟相关材料本构关系等。

计算机仿真研究是现代汽车碰撞研究的重要方法，所使用的碰撞模拟软件众多，本文分析了包括LS-DYNA在内的几种常用汽车碰撞模拟软件及前后处理器，其中对本次碰撞模拟选用的LS-DYNA的功能特点作了较详细阐述。

本文以某车型为对象建立了整车有限元模型，然后在此基础上集成了包括50百分位的HybridⅢ型假人，安全带的乘员约束系统的有限元模型。按国家标准《正面碰撞乘员保护的设计规则》(CMVDR294)规定的试验条件，对整个集成系统进行了正面碰撞的数值模拟和分析，求解出了整车的位移、速度、加速度、能量及人体模型的伤害值，实现了对该车正面碰撞过程及碰撞性能的较全面且较可靠的评价。

通过对含假人有限元模型的整车正面碰撞历程的数值模拟和分析结果，提出了对有限元仿真模拟技术在汽车被动安全领域的应用和所研究车型碰撞性能评价等有关结论。

2.期刊论文 孙奕.金先龙.张晓云.亓文果 整车-乘员集成系统正面碰撞的计算机仿真 -系统仿真学报2004,16(9)

通常针对车身结构和乘员安全的模拟分析是依次进行的,本文则考虑了两者的耦合.首先以某型国产小客车为对象建立了整车有限元模型,然后在此基础上集成了包括50百分位的Hybrid Ⅲ型假人,安全带和安全气囊系统的完整的乘员约束系统的有限元模型.按国家标准《正面碰撞乘员保护的设计规则》(CMVDR 294)规定的试验条件,对整个集成系统进行了正面碰撞的数值模拟.仿真结果与试验结果吻合.之后本文对不同约束情况下的乘员安全性做出了比较与评价.

3.期刊论文 包宇波.胡斌 应用LS-DYNA进行汽车正面碰撞模拟分析 -科技创新导报2008,\"\"(7)

应用LS-DYNA实现不带约束系统的整车的正面碰撞模拟,佐证了计算机模拟技术在现代汽车产品开发中的应用及其发挥的巨大作用.

4.学位论文 贾桂云 小型客车及其车架正面碰撞刚性墙的模拟计算研究 1999

汽车被动安全技术的研究已经成为当今世界汽车科技研究的一大严峻课题.在对中国道路交通事故中不同的事故形态死邙人数的比例研究中发现,正面碰撞占首位.针对这一情况,该课题对汽车碰撞中的正面碰撞进行了模拟仿真计算.该论文运用有限元法,利用DYNA3D有限元大变形软件对某轿车的车架正面碰撞刚性墙、该车整车正面碰撞刚性墙进行了模拟计算,对该车车架及该车整车碰撞过程中的碰撞规律进行了分析归纳总结.并总结了速度改变、车架局部刚度改变时的碰撞规律,对未来汽车的抗撞性研究提供一个参考.最后对汽车碰撞的后续研究提出了几点建设性意见.

5.会议论文 陈勇.兰秀菊.田景红 汽车正面碰撞过程中人员响应的人因分析和仿真建模 2004

通过人因工程分析,构造多刚体系统的人体模型,应用数理方法,建立高速公路汽车碰撞乘员动力学响应的数学模型,开发出仿真软件.应用该模型可以部分代替实车碰撞试验,进行汽车主、被动安全性能的计算机仿真研究以及乘员致伤机理研究.

6.学位论文 胡玉梅 汽车正面碰撞设计分析技术及应用研究 2002

该论文结合长安汽车公司要求进一步提高SC6350汽车(长安之星)耐撞性的新产品开发计划,采用动态显式非线性有限元分析技术,并与试验相结合,对汽车碰撞的计算机仿真和设计技术作了较系统深入的研究,并应用于新车型SC6370(长安雪虎)的开发,使其正面碰撞性能较SC6350明显改善.该文首先以SC6350汽车为例,分析了汽车碰撞仿真模拟的主要影响因素,寻求到妥善处理仿真精度和效率矛盾的方向.该文对前纵梁在轴向与非轴向载荷下的耐撞性能及整车状态下的耐撞性能进行了研究.该文着重从诱导槽的位置、尺寸、形状和角孔尺寸、形状等方面来讨论了汽车前纵梁耐撞性设计,总结出了微型客车耐撞性设计一般原则.最后,该文在SC6350汽车的基础上,重点进行了前纵梁的耐撞性结构优化改进,形成新车型SC6370汽车,并对其进行了整车碰撞计算机仿真模拟.

7.期刊论文 王磊.WANG Lei 汽车正面碰撞有限元仿真模拟 -天津汽车2007,\"\"(1)

介绍了汽车车身开发中应用高度非线性有限元方法对车身结构碰撞历程进行数值仿真研究工作的概况,对碰撞仿真的技术细节进行了深入的研究.碰

2009,25(3)

8.学位论文 许亮 商务车正面碰撞结构耐撞性模拟研究 2007

10.学位论文 徐平平 不同质心位置皮卡车正面碰撞事故分析 2008

撞仿真分析是确保车辆拥有良好碰撞性能的一种重要方法,与实车碰撞试验结果相比,吻合较好.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y853392.aspx

授权使用：辽东学院(ldxy)，授权号：3e3b59fb-ceaa-4d1f-a5ab-9dae0105ec2b

9.期刊论文 陈君毅.王宏雁.CHEN Jun-yi.WANG Hong-yan 汽车碰撞计算机仿真分析方法的研究 -交通科学与工程

随着汽车工业和交通运输业的高速发展，道路交通事故已成为全球性的公害，使得汽车事故再现的研究尤为迫切和必要。在交通事故中，汽车碰撞事故是最严重、危害最大的事故，它在瞬间完成，很多细节无法凭直觉了解，因此对汽车碰撞事故进行全面、系统的研究成为迫在眉睫的研究课题，也是正确分析和处理交通事故的理论基础。

在交通事故鉴定中，最困难的就是确定肇事机动车的车速。解决车速问题唯一可靠的方法，是在现场及时搜集充分的证据，然后对这些证据进行细致的分析，得出科学的结论。其中，根据汽车碰撞变形量来推算碰撞前车速是事故分析中比较常用的方法之一。

本文首先简单介绍了汽车碰撞试验、人工测算和分析推断、有限元仿真模拟三种汽车碰撞事故再现的方法，简述了三者的涵义、原理和应用领域。并对目前如何利用汽车撞压变形量计算汽车碰撞前车速的方法做了简要的概述，并分析了方法中存在的缺陷。通过分析比较，决定以弹道方程作为本文分析的基础。

针对某款皮卡车与刚性墙的正面碰撞过程的仿真，对车体模型进行了合理的简化和有限元网格的划分，选择了合适的各部件单元类型、接触类型及焊点连接方式，模拟了该车在10个不同质心位置情况下分别以50km/h和72km/h的速度碰撞刚性墙，建立了汽车碰撞有限元模型。分析了汽车变形、各重要部件能量吸收和碰撞车速随质心位置的变化规律。通过分析比较，本文发现，质心位置对弹道方程和事故车速的计算都有一定的影响，不考虑质心位置得出的事故分析车速将会降低事故分析的准确性。因此，研究质心位置对事故分析的影响，将对分析解决疑难事故起到十分重要的作用。

首先,采用分离式仿真法,将基于整车结构正面碰撞计算模型所得的B柱减速度曲线作为碰撞加速度冲击波曲线,加载于台车试验环境中的乘员及其约束系统正面碰撞计算模型进行计算.其次,采用车身、乘员一体化仿真方法,计算实车碰撞环境中的包含乘员及其约束系统的整车正面碰撞计算模型.根据乘员头部和胸部的伤害值、车身耐撞性等评价指标,研究这两种计算方法结果的差异,进而探讨质量补偿法对计算成本低廉的分离算法的计算结果的优化程度.

随着车辆设计朝着高速化、轻量化方向发展，汽车保有量增加，提高汽车在碰撞事故中的被动安全性能，成为汽车行业的重要任务。汽车碰撞安全性能研究通常采用试验和仿真模拟相结合方法。

本文以某商务车的正面碰撞试验为例，利用UG和Hypermesh软件建立了由壳单元、梁单元、三维实体单元组成的整车有限元模型。应用LS-DYNA软件进行了正面碰撞的模拟，通过与试验的数据对比，验证了仿真模型的可靠性。结合试验和仿真结果，确定了整车车身结构耐撞性方面的薄弱环节，并据此探讨了结构件耐撞性改进的办法。所做的主要工作包括：

（1）整车有限元模型的建立。建立了具有24万个单元的整车有限元模型，进行了正面碰撞模拟，并与实车碰撞试验数据对比，验证了模型的有效性。

（2）综合试验和模拟结果，分析了商务车整车结构耐撞性方面的薄弱环节。

（3）CAE建模影响因素分析。采用模拟的方法，验证了建模过程中的主要影响因素，包括网格密度、时间步长、摩擦力影响和沙漏控制。 （4）薄壁梁碰撞吸能特性分析。本文建立了薄壁梁的有限元模型，讨论了影响薄壁梁吸能的主要因素。

本文的工作对商务车的碰撞安全仿真研究具有借鉴意义，所得的结论对车身结构设计和安全分析具有参考价值。

下载时间：2010年7月9日