11_LS-DYNA碰撞解释

LS-DYNA软件对某半潜式海洋平台发生碰撞的分析

ｇＹｉｓｇｏｏｄ，ｔｈａｔｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｖｅｒｙｆｅｗ，ｔｈａｔｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｗｅａｋ，ａｎｄｔｈａｔｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｒｉｎｇｒｉｂｓｉｎｔｈｅｃｏｌｕｍｎｉｓｅａｓｉｅｒｔｏｄｅｓｔｒｏｙｔｈａｎｉｎｉｎｔｅｒ — ｃｏｓｔａｌｃｏｌｌｉｓｉｏｎ．ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈｅｎｅｅｄｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｐｌａｔｅｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＳ — ＤＹＮＡ；ｓｔａｂｌｅｃｏｌｕｍｎｐｌａｔｆｏｒｍ；ｃｒａｃｋ；ｍａｔｅｒｉａｌｃｒａｃｋ
ｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈｉｐａｎｄｏｃｅａｎｐｌａｔｆｏｒｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎａｃ —

三节点仅拉伸单元，第三个节点定义单元初始方向，用于索绳建模MASS166 是一个有9个自由度的单点质量单元:在x,y,z方向的平动、速度、加速度这个单元还有附加的选项用来定义无质量的转动惯量:KEYOPT(1)=0 无惯量的3-D质量: 输入质量KEYOPT(1)=1 3-D转动惯量(无质量):输入6 个惯量值这个单元用来调整例如汽车碰撞这样复杂模型的质量，其中许多组件：（如座位，车灯，控制工具和假人等）未被建模（以质量单元替代）•使用两个节点和离散的材料模式来定义•能与其它所有显式单元连接•具有平动和转动自由度•能定义复杂的力－位移关系•而COMBIN14, 弹簧和阻尼必须是不同的单元..由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项，所以定义弹簧－阻尼集合体时需要重叠定义两个单元有两种实体单元算法:–单点积分实体(整个单元中常应力)•缺省形式•对于单元大变形单元非常快和有效•通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式–全积分实体(2x2x2 积分)•比较慢，但无沙漏•对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定，得到比较差的结果•精度比缺省算法对单元形状更敏感•在特定区域被选用来降低病态效应极力反对用退化的四面体网格////对显式动力学单元使用映射网格SHELL163 有12 种不同的单元算法，重要的包括:•Belytschko-Tsay ( BT, KEYOPT(1)=0 or 2, 缺省):–简单壳单元–非常快(相对速度= 1.0)–翘曲时易出错•Belytschko-Wong-Chiang ( BWC, KEYOPT(1)=10 ):–相对速度= 1.28 * BT–设用于翘曲分析–推荐使用•Belytschko-Leviathan ( BL , KEYOPT(1)=8 ):–相对速度= 1.25 * BT–较新，仍在开发中–第一个有物理沙漏控制的单元–(对于EDMP,HGLS,Mat,Val1无参数)•S/R co-rotational Hughes-Liu (S/R CHL, KEYOPT(1)=7):–没有沙漏控制的壳–相对速度= 8.84 * BT•单元算法BT, BWC, BL 仅适用于平面内单点积分，而S/R CHL 用于平面内4点积分。

LS-DYNA 理论及功能(简介)

LS-DYNA 理论及功能LS-DYNA 的理论及功能LS-DYNA 发展概况 (LS-DYNA Introduction)LS-DYNA是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

DYNA 程序系列最初是 1976 年在美国 Lawrence Livermore National Lab. 由 J.O.Hallquist 博士主持开发完成的，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，在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。

1988 年 J.O.Hallquist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序系列，主要包括显式 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式 LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析 LS-TOPAZ2D、 LS-TOPAZ3D、前后处理 LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS 等商用程序，进一步规范和完善 DYNA 的研究成果，陆续推出 930 版（1993 年）、936 版（1994 年）、940 版（1997 年），950 版（1998 年）增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、薄板冲压成形过程模拟以及流体与固体耦合（ALE 和 Euler 算法）等新功能，使得 LS-DYNA 程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。

1997 年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA，PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理器为LS-POST。

LS_DYNA在汽车碰撞模拟过程中的应用_陈海树

第18 卷第4期 2006 年 8 月
沈阳大学学报 JOURNAL OF SHENYANG U NIVERSIT Y
文章编号: 1008-9225( 2006) 04- 0010- 03
Vol118, No. 4 Aug. 2 0 0 6
LS-DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
陈海树, 赖征海, 邸建卫
18 0
10 000
10 000
20 0
A 立柱后移量/ mm
35 50
B 立柱下端最是汽车产品开发设计链中的常规流程, 没有有限元分析的设计不能进入下一个技术流程#使用 Dyna 软件在设计初期对产品的安全性能进行验证, 及时发现新产品的问题, 这为设计工程师提供了更大的创造空间, 使设计质量大幅度提高#
使用实际材料的试验结果值; 对于钢, 使用 24 号材料模式; 可恢复的泡沫材料使用 57 号材料模式, 若要考虑应变率的影响, 使用 83 号材料; 发动机等在碰撞过程中不变形物体采用 20 号刚体材料#
收稿日期: 2006- 05- 12 作者简介: 陈海树( 1977- ) , 男, 辽宁朝阳人, 沈阳华晨金杯汽车有限公司研发中心工程师, 硕士#
第4期
陈海树等: LS- DYNA 在汽车碰撞模拟过程中的应用
11
2 乘员约束系统有限元模型
2. 1 假人有限元模型仿真用的假人有限元模型是完全基于试验的
50 百分位的 Hybrid Ó型假人#模型细分为 98 个部件#主要部件有: 头部、颈部、胸部、腹部、臀部和四肢等共约 6 400 个节点, 3 900 个单元#假人各部分质量和转动惯量都符合试验用假人#人体各部分的关节用球形铰链( Spherical Joint ) 和旋转铰链( Revolut e Joint ) 单元定义, 假人有限元模型铰链总计 47 个#用非线性的扭矩弹簧 Spring 和阻尼 Damper 单元连接来模拟人体各部分之间的弹性#胸部和颈部这些关键部位都设置成柔性, 能对发生碰撞后假人的受伤进行评价#使用 Oasys 软件调整假人的 H 点及坐姿, 并保证假人与地板、坐椅、防火墙等不发生穿透干涉# 2. 2 安全带模型

LS-Dyna碰撞分析资料

LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。

一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。

关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。

1、初步检查。

让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。

2、全过程检查。

调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。

再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。

一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。

二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。

具体介绍参见附录二。

检查：在dyna中计算模型至其正常结束。

在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小于总能量的5% 。

三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。

剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。

基于LS-DYNA 的移动式压力容器侧翻碰撞分析

52 2． 5 2． 5． 1 条件加载仿真条件的设定
石家庄铁道大学学报（自然科学版）
第 27 卷
本文仿真的移动式压力容器运输车侧翻试验特指其在正常运行状态下因过度转弯而导致的侧翻，运输车从开始侧倾到触地有一个较长的运动过程，这不是研究的重点，对仿真结果也没有影响，故无需进行仿真分析。从运输车侧翻触地的最后一刻开始模拟，直到运输车基本不再变形为止。只需算出运输车触［9 ］地一瞬间的角速度和直线速度，作为仿真初始条件加载在模型即可。罐体内部已充满液氨，在本仿真液氨在模型中以点质量的形式均匀地分布在罐体内部。整个模型的仿中忽略其振荡对侧翻碰撞的影响，，。真过程中考虑重力的影响 2． 5． 2 侧翻角速度的计算 7］本模型可通过能量守恒定律计算出触地时运输车的角速度，并将之加载。文献［中提到，运输车接触地面时的动能为 E = 0 ． 75 Mgh 也可表示为 E = 0 ． 5 J ω2 （ 2） M 为运输车满载整车质量， 45 990 kg，式中，仿真假设液氨完全充满，并忽略其对侧翻造成的影响； h 为运 890 mm； g 为重力加速度， 9 ． 8 m / s2 ； J 为运输车输开始侧倾时重心的高度和即将触地时的重心高度之差， 3 ． 0 × 10 5 kg·m2 ； ω 为运输车绕转轴角速度。绕转轴的转动惯量，（ 2 ）式求解得联立（ 1 ）、 ω = 计算得 2． 5． 3 （ 1）
槡
1 ． 5 Mgh J
（ 3）
ω = 1 ． 42 rad / s
（ 4）
其他关键字的设置 DYNA EXPOＲTE 模块输出 K 文件，对模型定义速度 36 km / h，和整体施加重力速度 g 后，由 LS打开 K 文件设置内存空间、合理的时间步长控制、沙漏控制、能量控制和输出控制等相关参数，以及为提高计算

LS-Dyna碰撞分析调试指南

LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。

一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。

关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。

1、初步检查。

让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。

2、全过程检查。

调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。

再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。

一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。

二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。

具体介绍参见附录二。

检查：在dyna中计算模型至其正常结束。

在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。

剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。

汽车碰撞分析LS_DYNA控制卡片设置

控制卡片参数说明
*CONTROL_TIMESTEP(时间步长控制卡片) $ DTINIT TSSFAC ISDO TSLIMT DT2MS LCTM ERODE MSIST 0.0 0.9 2 0.0 -0.001 0 1 1 $ DT2MSF DT2MSLC 计算所需时间步长时，要检查所有的单元。出于稳定性原因，用0.9（缺省）来减小时间步：Δt = 0.9 l/c ，特征长度l，和波的传播速度c，都与单元的类型有关。 DTINIT：初始时间步长，如为0.0，由DYNA自行决定初始步长； TSSFAC：时间步长缩放系数，用于确定新的时间步长。默认为0.9，当计算不稳定时，可以减小该值，但同时增加计算时间； ISDO：计算4节点壳单元时间步长的（不同的值对应特征长度的不同算法，推荐使用2，因为此选项可以获得最大的时间步长，但有三角形单元存在时会导致计算不稳定）； TSLIMT：壳单元最小时间步分配 ,使单元的时间步长控制在最小时间步长之上；只适用于使用 *mat_plastic_kinematic,*mat_power_law_plasticity*mat_strain_rate_dependent_plasticity,*mat_piecewise_linear_pla sticity等材料模型的壳单元，不建议使用该选项，因为使用DT2MS选项更好。 DT2MS：因质量缩放计算得到的时间步长。当设置为一个负值时，初始时间将不会小于TSSFAC*|DT2MS|。质量只是增加到时间步小于TSSAFC*|DT2MS|的单元上。当质量缩放可接受时，推荐用这种方法。用这种方法时质量增加是有限的，过多的增加质量会导致计算终止。当设置为正值时，初始时间步长不会小于DT2MS。单元质量会增件或者减小以保证每一个单元的时间步都一样。这种方法尽管不会因为过多增加质量而导致计算终止，但更难以作出合理的解释。默认为0.0，不进行质量缩放； LCTM：限制最大时间步长的Load-curve,该曲线定义最大允许时间步长和时间的关系（可选择）； ERODE：当计算时间步长小于TSMIN（最小时间步长）时体单元和t-shell被自动删除。

基于LSDYNA的汽车正碰分析

关键词：三维几何模型；网格划分；ＬＳ．ＤＹＮＡ；正碰分析
中图分类号：Ｕ４６７．１＋４
０前言
在汽车被动安全性研究中，汽车碰撞是一个十分复杂的力学问题，它是一个动态的大位移和大变形的瞬态接触过程。接触和高速冲击载荷影响碰撞的全过程，碰撞系统具有大位移、大转动和大应变的非线性特征，以材料弹塑性变形为典型特征的材料非线性和以接触摩擦为特征的接触非线性的多重非线性特点。这些非线性物理陛能的综合，使得利用传统的手段对汽车碰撞过程的精确描述和求解变得非常复杂和困难。文中进行的是汽车１００％ＯＤＢ正面碰撞的仿真分析。采用动态显式非线性有限元技术，利用ＮＸ、ＡＮＳＡ、ＬＳ．ＤＹＮＡ等有限元软件对某汽车进行几何建模、网格建模和计算求解，依据计算结果分析了汽车正面主要结构在碰撞中的耐撞性，并将计算结果与试验结果进行对比，以验证仿真模型的准确性。
１碰撞模型的建立
１．１汽车几何模型建立汽车整车几何模型是进行有限元分析
的第一步，模型质量的好环对后续的有限元分析
·３４·
文献标识码：Ａ
起着至关重要的作用，直接决定有限元模型网格的质量和分析时间的长短以及分析进展是否顺利，尤其在碰撞分析中尤为突出。另外，在保证模型正确及几何元素相关联的基础上，可以进行简化，以达到事半功倍的效果。文中利用ＮＸ软件建立某汽车整车的几何模型，该汽车三维几何模型如图１所示。
［２］陈海树，赖征海，邸建卫．Ｌｓ—ＤＹＮＡ在汽车碰撞模拟过程中的应用［Ｊ］．沈阳大学学报，２００６．
［３］何涛，杨竞．ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ非线性有限元分析实例指导教程［Ｍ］．机械工业出版社．
［４］张金换，杜汇良，马春生．汽车碰撞安全性设计［Ｍ］．清华大学出版社．
［５］ＯａｒｙｌＬ．Ｌｏｇａｎ．有限元方法基础教程［Ｍ］．北京电子工业出版社．

汽车碰撞精确分析LSDYNA控制卡片设置

THKCHG：在单面接触时考虑壳厚度的改变（默认时不考虑）。
ORIEN：在初始化时可选择性的对接触面部分自动再定位。
控制卡片参数说明
ENMASS:接触单元被腐蚀的质量处理。0-节点被移除，1-体单元节点被保留，2-体单元壳单元节点被保留。 USRSTR：每个接触面分配的存储空间，针对用户提供的接触控制子程序。 USRFRC：每个接触面分配的存储空间，针对用户提供的接触摩擦子程序。 NSBCS：接触搜寻的循环数（使用三维Bucket分类搜索），推荐使用默认项。 INTERM：间歇搜寻主面和从面接触次数。 XPENE：接触面穿透检查最大乘数，默认4.0。 SSTHK：在单面接触中是否使用真实壳单元厚度，默认0,不使用真实厚度。 ECDT：时间步长内忽略腐蚀接触。
16. DATABASE_BINARY_RUNRSF 设置如下：
控制卡片参数设置
17. DATABASE_BINARY_RUNRSF 设置如下：
控制卡片参数说明
*CONTROL_TERMINATION
$ ENDTIM ENDCYC DTMIN ENDENG ENDMAS
150
0
0.0
0.0
0.0
SLSFAC：滑动接触惩罚系数，默认为0.1。当发现穿透量过大时，可以调整该参数；
RWPNAL：刚体作用于固定刚性墙时，刚性墙罚函数因子系数，为0.0时，不考虑刚体与刚性墙的作用，>0时，刚体作用于固定的刚性墙，建议选择1.0；
ISLCHK：接触面初始穿透检查，为0或1（默认）时，不检查。为2时，检查。
后面将逐一介绍碰撞分析中经常用到的控制卡片，并对每个卡片的作用进行说明。
控制卡片使用规则
卡片相应的使用规则如下：

LS-DYNA+的理论及功能

LS-DYNA 理论及功能LS-DYNA 的理论及功能LS-DYNA 发展概况 (LS-DYNA Introduction)LS-DYNA是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

DYNA 程序系列最初是 1976 年在美国 Lawrence Livermore National Lab. 由 J.O.Hallquist 博士主持开发完成的，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，在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。

1988 年 J.O.Hallquist 创建 LSTC 公司，推出 LS-DYNA 程序系列，主要包括显式 LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式 LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析 LS-TOPAZ2D、 LS-TOPAZ3D、前后处理 LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS 等商用程序，进一步规范和完善 DYNA 的研究成果，陆续推出 930 版（1993 年）、936 版（1994 年）、940 版（1997 年），950 版（1998 年）增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、薄板冲压成形过程模拟以及流体与固体耦合（ALE 和 Euler 算法）等新功能，使得 LS-DYNA 程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。

1997 年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA，PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理器为LS-POST。

LS-Dyna碰撞分析资料要点

LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。

一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。

关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。

1、初步检查。

让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。

2、全过程检查。

调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。

再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。

一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。

二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。

具体介绍参见附录二。

检查：在dyna中计算模型至其正常结束。

在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。

剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。

应用LS_DYNA进行汽车正面碰撞模拟分析

１７３　科技创新导报　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ学　术　论　坛２００８ＮＯ．０７Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ应用ＬＳ－ＤＹＮＡ进行汽车正面碰撞模拟分析包宇波１胡斌２（１．同济大学汽车学院上海２０００９２；２．中国矿业大学（北京）机电学院材料系北京１０００８３）摘　要：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。

关键词：ＬＳ－ＤＹＮＡ　汽车碰撞　车身耐撞性分析　计算机模拟中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ａ）－０１７３－０２ＬＳ－ＤＹＮＡ　是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。

与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。

由Ｊ．Ｏ．Ｈａｌｌｑｕｉｓｔ主持开发完成的ＤＹＮＡ程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。

１９８８年　Ｊ．Ｏ．Ｈａｌｌｑｕｉｓｔ创建ＬＳＴＣ公司，推出ＬＳ－ＤＹＮＡ程序系列，并于１９９７年将ＬＳ－ＤＹＮＡ２Ｄ、ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ、ＬＳ－ＴＯＰＡＺ２Ｄ、ＬＳ－ＴＯＰＡＺ３Ｄ等程序合成一个软件包，称为ＬＳ－ＤＹＮＡ。

ＬＳ－ＤＹＮＡ的最新版本２００４年８月推出的９７０版。

ＬＳ－ＤＹＮＡ的发展与汽车碰撞仿真密不可分，在汽车行业中，ＣＡＥ仿真分析快速增长的需求和机遇主要是受碰撞法规的驱动，如在１９８５－２００２年之间，法规实验的要求增加了差不多２０倍。

其次是从１９８５年以来计算机硬件、软件的迅速发展和汽车厂商对计算机资源的广泛应用。

ANSYS LS-DYNA冲击碰撞分析

• 在不考虑应变率影响时，该模型下的屈服面半径为初始屈服强度加上硬化的部分
y0ຫໍສະໝຸດ Epp eff
Cowper-Symonds模型来考虑应变率的影响，如下
y
1
C
1
p
0
此时随动塑性模型可表示为：
r
1
1
p
c
(
0
f
h
(
p eff
))
本构取值
• 钢材的密度取为7850kg/m3， • 弹性模量为206GPa， • 泊松比取为0.3， • 初始屈服强度取为1650MPa， • 切线模量取1.18GPa， • 其中C和P都为Cowper-Symonds应变参数，分别取为40.4s-1和5，失
部分物理参数
自动接触（Automatic nodes-to-surface contact）静摩擦系数：0.74 动摩擦系数：0.57 冲击速度：10m/s
3.材料模型
塑性随动强化模型（Plastic Kinematic Model）
本构模型
• 本构模型采用塑性随动强化模型（Plastic Kinematic Model），可描述各向同性硬化（isotropic hardening）和随动硬化（kinematic hardening）以及二者结合的塑性模型，还可以考虑应变率的影响。
效应变取为0.05。
4.计划分享的内容
APDL参数化分析，云计算等
计划分享的内容
• 让分析速度起飞——APDL参数化分析 • 最有效和经济的计算加速方式——云计算 • 地铁隧道下穿高层建筑的变形分析（ABAQUS） • 火车开过桥梁的动态受力分析 • 地震作用下某收费站的响应 • 博士生生活以及研究生求职

汽车碰撞分析LS_DYNA控制卡片设置

控制卡片参数说明
*CONTROL_TIMESTEP(时间步长控制卡片) $ DTINIT TSSFAC ISDO TSLIMT DT2MS LCTM ERODE MSIST 0.0 0.9 2 0.0 -0.001 0 1 1 $ DT2MSF DT2MSLC 计算所需时间步长时，要检查所有的单元。出于稳定性原因，用0.9（缺省）来减小时间步：Δt = 0.9 l/c ，特征长度l，和波的传播速度c，都与单元的类型有关。 DTINIT：初始时间步长，如为0.0，由DYNA自行决定初始步长； TSSFAC：时间步长缩放系数，用于确定新的时间步长。默认为0.9，当计算不稳定时，可以减小该值，但同时增加计算时间； ISDO：计算4节点壳单元时间步长的（不同的值对应特征长度的不同算法，推荐使用2，因为此选项可以获得最大的时间步长，但有三角形单元存在时会导致计算不稳定）； TSLIMT：壳单元最小时间步分配 ,使单元的时间步长控制在最小时间步长之上；只适用于使用 *mat_plastic_kinematic,*mat_power_law_plasticity*mat_strain_rate_dependent_plasticity,*mat_piecewise_linear_pla sticity等材料模型的壳单元，不建议使用该选项，因为使用DT2MS选项更好。 DT2MS：因质量缩放计算得到的时间步长。当设置为一个负值时，初始时间将不会小于TSSFAC*|DT2MS|。质量只是增加到时间步小于TSSAFC*|DT2MS|的单元上。当质量缩放可接受时，推荐用这种方法。用这种方法时质量增加是有限的，过多的增加质量会导致计算终止。当设置为正值时，初始时间步长不会小于DT2MS。单元质量会增件或者减小以保证每一个单元的时间步都一样。这种方法尽管不会因为过多增加质量而导致计算终止，但更难以作出合理的解释。默认为0.0，不进行质量缩放； LCTM：限制最大时间步长的Load-curve,该曲线定义最大允许时间步长和时间的关系（可选择）； ERODE：当计算时间步长小于TSMIN（最小时间步长）时体单元和t-shell被自动删除。

LS-DYNA 碰撞问题分析

研究生上机课3-3z问题描述计算半径长l=150mm、r=30mm、厚度t=2mm的圆管沿轴向受12m/s速度刚体压缩时变形和压溃力-位移曲线。

圆管的材料参数为：ρ=7.840e-6 kg/mm3，E=210GPa，ν=0.28，σ0=270 MPa，为弹塑性材料。

本例题采用 mm, ms, kg, kN单位制。

z求解过程1)运行Ansys 10.0 ——Ansys Product Launcher——License——Ansys Ls-Dyna——点击FileManagement ，点击Working directory最右边的… ，改变工作目录，d：\ example，在Initial Job name中输入Example33，点击Run。

1 创建几何模型2)创建刚性面。

Preprocessor——Modeling——Create——Areas——Rectangle——By Dimensions——X输入-50，50；Y输入-50，50。

Preprocessor——Modeling——Move/Modify——Areas——Area ——选择刚性面，在DZ中输入-2。

3)创建圆柱壳。

Preprocessor——Modeling——Create——volumes——cylinders——solid cylinders——半径输入30，depth输入150。

Preprocessor——Modeling——delete——volumes only——点击圆柱。

Preprocessor——Modeling——delete——Areas and below——点击圆柱两端的圆面。

Utility Menu——plot——areas.4)存盘，Utility 菜单中的File——Save as——Geometry.db。

2 创建有限元模型5)定义单元，Preprocessor——Element Type——Add/Edit/Delete——Add，选择——Thin shell 163。

应用LS-DYNA进行汽车正面碰撞模拟分析

可分，在汽车行业中，ＡＣＥ仿真分析快速增长部信息，节点、单元信息、材料与状态方重要的意义。根据材料的拉伸曲线定义各种如
的需求和机遇主要是受碰懂法规的驱动，在程信息以及接触、初、边值条件和载荷信息材料的弹性模量、泊松比、切向模量、破如
它是Ｌ —ＤＳＹＮＡ计算ＤＹＮＡ。Ｌ－ＤＳＹＮＡ的最新版本２００４年８件被称为关键字文件，程序的输入数据文件。该文件是一个ＡＳＩＣＩ４材料模拟格式的文本文件，其中包含所要分析问题的全材料参数对干碰撞模拟的精度具有极其Ｌ－ＮＡ的发展与汽车碰撞仿真密不ＳＤＹ
因王黟单元罐犬角（ｕｄＩＩＩｚｇ）妻ＱａＩＪ且ｌｎｔ糕ｈＪＩｅ四边形单元赣角（ｕａｌｌｌｍ￣ｌ）ＯａＩｌｌｌｈｌｒｅｉｌｇ
＜３１５＞５３
杨氏弹性摸盘
２ＯＰ１ａＧ
三角单元最太角（＂糊∞ｎｍａ）１ｎｉｉｍｌＩ
动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及间。流固耦合问题。在工程应用领域被广泛认可１车身模型的建立
为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比
＊ｅｔｎＢａ关键字中进行定义。焊点的Ｓｃｉｅｍｏ
属性定义如表２。其中定义了焊点的失效条
１８２０年之间，９５０２法规买验的要求增加了差等。这些信息都是以Ｌ — ＹＮＡ的关键字命坏极限、应变率参数等，料厚度按各零件ＳＤ材

LS-DYNA简介

LS-DYNA软件1.1 LS-DYNA 简介LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。

在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。

与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。

由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。

1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA。

LS-DYNA的最新版本是2004年8月推出的970版。

1.1.1 LS-DYNA功能特点LS-DYNA程序是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50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，兼有热分析、流体-结构耦合功能；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薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。

LS-DYNA功能特点如下：1.分析能力：●非线性动力学分析●多刚体动力学分析●准静态分析（钣金成型等）●热分析●结构-热耦合分析●流体分析：✧欧拉方式✧任意拉格郎日-欧拉（ALE）✧流体-结构相互作用✧不可压缩流体CFD分析●有限元-多刚体动力学耦合分析（MADYMO，CAL3D）●水下冲击●失效分析●裂纹扩展分析●实时声场分析●设计优化●隐式回弹●多物理场耦合分析●自适应网格重划●并行处理（SMP和MPP）2.材料模式库(140多种)●金属●塑料●玻璃●泡沫●编制品●橡胶（人造橡胶）●蜂窝材料●复合材料●混凝土和土壤●炸药●推进剂●粘性流体●用户自定义材料3.单元库●体单元●薄/厚壳单元●梁单元●焊接单元●离散单元●束和索单元●安全带单元●节点质量单元●SPH单元4.接触方式(50多种)●柔体对柔体接触●柔体对刚体接触●刚体对刚体接触●边-边接触●侵蚀接触●充气模型●约束面●刚墙面●拉延筋5.汽车行业的专门功能●安全带●滑环●预紧器●牵引器●传感器●加速计●气囊●混合III型假人模型6.初始条件、载荷和约束功能●初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）；●高能炸药起爆；●节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷；●循环约束、对称约束（带失效）、无反射边界；●给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束；●铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）；●二个刚性体之间的连接－球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接；●位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连；●带失效的节点固连。