基于LS—DYNA的车辆碰撞仿真分析研究

【前言】基于LS—DYNA的车辆碰撞仿真分析研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1、建立车身模型 我们常用的建模软件Pro/E具有良好的建模功能与建模效果，而且在Pro/E中建好的模型可以完整的导入LS-DYNA中进一步计算分析，两个大型软件结合使用，可以充分发挥各自长处，达到计算分析结果的最优化。 1.1模型网格的划分 将Pro/E中建好的模型导入LS-DY...

摘要：本文运用大型显式动力分析软件ls-dyna实现车辆的整车碰撞仿真模拟分析，实验结果对于车辆的设计和生产具有一定的参考价值。

关键词：LS-DYNA　碰撞　仿真

引　言

随着社会的进步、交通行业的蓬勃发展，车汽行业在这些年也得到了迅猛的发展，但是，随之而来的交通的问题也日显突出，交通事故发生的次数逐年增多，事故的严重性也是与日俱增，给家庭和社会带来了极大的危害和损失。所以，对车辆的安全性能及其综合性能的研究就显得十分迫切和必要[1]。传统的车辆综合性能研究特别是安全性能方面的研究往往是采用真车进行碰撞实验，采用真车进行碰撞实验，虽然实验结果较为明显直观，但是真车的碰撞实验需要投入大量的人力、物力和财力，而且需要反复的实验才能得出实验结果，反复的实验无疑加大了实验成本与时间上的投入。车辆研究者们急需寻找一种新的实验研究分析方法来取代真车碰撞实验，而且要保证实验效果。

这些年计算机辅助设计、分析软件被越来越多的学者运用于各类问题的研究分析当中，从简单的图纸设计、建模设计到大型有限元分析都广泛应用与各类工程问题的研究分析当中。在建模方面，目前常用的软件有：Pro/E、UG、solidworks等等，在众多大型建模软件中，Pro/E因其可以进行良好的参数化设计，所以被广泛应用于各种工程问题的建模分析当中。在有限元分析方面，LS-DYNA凭借其良好的动态力学分析能力，成为有限元动态分析的主流大型软件。大型软件LS-DYNA由美国国家实验室研发并发行，最初的LS-DYNA软件主要是应用于简单的自由体下落时所受到的冲击应力，随着LS-DYNA软件的不断完善和升级，LS-DYNA的功能越来越强大，其材料库也越来越完善，模拟仿真实验的结果也逐渐可以代替真实实验的计算分析结果[2]。而且随着LS-DYNA软件的不断完善和升级，LS-DYNA软件在各行各业应用的越来越广泛和深入。这些年，LS-DYNA软件被逐渐应用在车辆性能的实验当中，本文就是利用大型建模软件Pro/E建模，将其模型导入LS-DYNA中，进而完成整车的模拟仿真碰撞实验。近几年，大家常用的显式动力分析程序中覆盖了百余种常见常用的材料，基本满足了绝大多数的研究者在模拟实验当中的使用需求。在运用显式动力分析程序进行车辆模拟碰撞分析中，大多数学者在分析研究中用的仿真模拟假人采用的是100%刚体，采用刚体进行实验，计算得出的数据结果与实物试验存在一定的差异，我们这次模拟实验采用60%混合材料假人模拟车辆的碰撞过程，这样的模拟实验分析计算结果更接近真实实验数据，所得结果对车辆的研发、设计、生产具有一定的指导意义。

1、建立车身模型

我们常用的建模软件Pro/E具有良好的建模功能与建模效果，而且在Pro/E中建好的模型可以完整的导入LS-DYNA中进一步计算分析，两个大型软件结合使用，可以充分发挥各自长处，达到计算分析结果的最优化。

1.1模型网格的划分

将Pro/E中建好的模型导入LS-DYNA中，首先，先对其进行网格划分，在划分网格时，要把计算精度与计算速度结合考虑，本文的分析对象是整车，属于较大模型，计算分析网格可略微画大些，但为了保证一定的计算速度，我们整车模型的网格划分，在最精密处也不能小于4毫米，在一些对于实验分析不重要部分可设置为6毫米，按此方法设置划分网格，整车约有100万个单元。

1.2处理模拟焊点

使用显式动力分析程序自带的模拟焊点，焊点直径选择4　mm，与此同时要考虑到车身及其他部件在碰撞区域的焊点失效因素，并且要处理其他可能在碰撞过程中涉及的结构。

1.3处理单元公式

在显式动力分析程序模拟试验中，我们选用5点积分；如果在整车模型中部分PART的厚度≥2　mm，则要选用7个。

1.4处理仿真模型材料

在显式动力分析程序模拟试验中，分析模拟中选用的材料要努力接近实物的属性参数，本模拟实验中主要用到如下模拟材料：　选用31号模拟材料仿真车体中的钣金件，选用49号模拟材料仿真车身与内饰中的夹层，发动机和变速器以及其他在模拟实验中不考虑变形的机构均采用刚体材料模拟分析。

2、模拟仿真人约束系统及安全带模型设置

2.1仿真人模型的设置

在显式动力分析程序模拟试验中，我们是尽可能的依据真实实验参数来设置仿真人模型的各部分技术参数的，我们用100百分位的60%混合型假人，在显式动力分析程序模拟试验中，仿真人模型具体有108个小机构组成，共计8400个节点，4600个单元。

2.2安全带模型

对于安全带模型的设置，首先要避免在碰撞时，模拟仿真假人与模拟仿真安全带发生相互的渗透和干涉，影响LS-DYNA的计算分析结果，所以我们选用薄壳单元来设置仿真安全带。此外，安全带是碰撞过程中的重要机构，所以我们要较为详细的设计安全带的结构，包括：　模拟仿真安全带单元，模拟仿真安全带预紧器单元，模拟仿真安全带卷收器单元及模拟仿真安全带卷收器相关传感器等小部件。

3、设定仿真模型的接触类型

在实际当中，车辆一旦发生碰撞，驾驶员及乘客的胸部与其所佩戴的安全带、前排驾乘人员与车辆的前挡风玻璃、车辆车身与障碍物或墙体、汽车的各主要部件绝大多数要发生相关接触，我们要按以下方式设置或选择相关接触，避免干涉渗透从而影响分析计算结果。

（1）在显式动力分析程序模拟车辆碰撞试验中，绝大多数接触我们选用AUTOMATIC，因为这种接触可以应对瞬间碰撞发生时的很多不可预知的效果。

（2）我们选用Tie接触来处理车体当中一些常规构件接触，如：各构件之间焊点的接触、车身金属与内饰中夹层的胶粘部分。

4、整体模型求解仿真

在显式动力分析程序模拟试验中，我们让车辆以60　km/h的速度碰撞障碍物，通常碰撞障碍壁，一般情况下，依据经验值设置碰撞时间为100-110　毫秒，我们这里以110毫秒为碰撞时间，并设置成两个碰撞阶段，即前100毫秒为主碰撞过程，后10毫秒为反弹过程。

5、分析仿真计算结果

我们在显式动力分析程序模拟试验中，充分考虑了碰撞过程中各种能量的变化过程，如内能、动能、沙漏能等，模拟实验演示车辆仿真模型在碰撞过程中的内能逐渐增大，动能逐渐减小，并且成增减对称变化。如图1所示。模拟实验当中的沙漏能只占总能量的1%，这样的数据说明我们的显式动力分析模拟试验仿真的精度较高，实验数据具有一定的参考价值。通过显式动力分析大型软件LS-DYNA可以测出车内仿真驾驶员的多项损伤值以及车体各结构的碰撞实验数据，如仿真人员的胸部、下肢、上肢等；车身方面如冲撞侵入量、A柱变形位移量、B柱变形位移量等，模拟实验所得的这些值均符合经验值范围，但比经验值要精确很多。具体数值如表1所示。

6、结论

通过显式动力分析大型软件LS-DYNA，对工业产品特别是车辆类产品进行仿真模拟分析实验，已逐渐成为行业的先进技术应用的典范，而且随着各类大型仿真分析软件的成熟和学者运用能力的提高，其作用在产品的研发设计中发挥的功效也越来越大。本文就车辆碰撞实验进行了模拟仿真，在模型参数的选择上尽最大限度的接近实物属性参数，特别是非刚性混合材质模拟人的应用，使得仿真实验分析计算所得结果具有较强的实际参考意义。

参考文献

[1]刘志伟，张晶刚·汽车碰撞安全技术[M]·机械工业出版社，　2010·

[2]高阳宏，李烨凡·汽车碰撞与安全[M]·人民交通出版社，　2011.