固体力学专题.ppt
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need to be addressed. a、Negative volume of solid elements
Some soft materials were used for a solid element part, rapid compression will result and negative volumes would be computed.
• 所需周期短 • 所需费用低廉 • 具有可重复性 • 可以获得任意所需的数据
三、国内外汽车碰撞的数值模拟研 究现状
• 美国是最早开展汽车碰撞研究的。早起主
要是进行实车碰撞试验；60年代开始计算 机模拟碰撞技术。
• 近20年来，计算机模拟技术得到迅速发展，
已经出现许多成熟的商业化碰撞模拟软件 包。比如PAMCRASH和LS-DYNA3D。能够 进行车身结构碰撞大变形模拟和标准假人 在碰撞过程中的动态响应分析。
• 由大量计算结果发现撞击后的最大变形时
间与撞击速度有关: 在撞击速度13. 4m/s (48. 3km/h ) 时, 最大变形时刻在75ms左右 形成； 撞击速度19. 4m/s (70km/h ) 时, 最 大变形在60ms 左右； 撞击速度26. 7m/s (96km/h )时, 最大变形在0ms 左右； 撞击 速度33. 3m/s( 120km/h ) 时, 最大变形在 40ms 左右。而此时, 相应的动能正好已衰 减95% 以上。这一重要规律即揭示了碰撞 过程的能量变化特征, 也为识别车体塌陷变 形提供了重要的理论依据。
参考文献
1.孙宏图，刘学术，宋振寰，于长吉.汽车碰撞变形计算机模拟研究.大 理理工大学学报，2002，11
2.凯墨尔MM , 沃尔夫著, 陈砺志译. 现代汽车结构分析. 北京: 人民交通 出版社, 1986
3. 陶沙, 于长吉. 汽车安全行驶与事故分析. 大连: 大连理工大学出版社, 1997
4.Z.Q.Cheng,J.G.Thacker.Experiences in reverse-engineering of a finite element automobile crash model.2003
• 2、应用计算机模拟技术研究汽车碰撞安全性
在汽车被动安全性研究中，国外60年代中期就开始了计算 机碰撞模拟研究工作。尤其在近20年，碰撞模拟技术发展 迅速。这一方面是由于计算机软、硬件技术的发展，使计 算机性能提高，应用日益普及；另一方面，汽车市场的激 烈竞争，要求提高新车型开发的成功率，降低开发费用， 缩短开发周期。为了适应需求，在汽车产品开发中必须采 用先进的计算机辅助手段。与试验相比，计算机仿真具有 以下优越性：
elements)
C、Calculation of accelerations
To validate the model, the acceleration responses of the model were compared with physical test data at specified locations. The calculation of accelerations of the model was accomplished by averaging the accelerations of a group of nodes from the region of a part where an
c、后处理可以查看撞击过程中不同时间的变 形、应力分布情况。
The original finite element model of Honda
• The automobile model can simulate full
frontal, offset frontal crash.
目前模拟存在的几个难点
整车模型
• ② 网格划分。按市场上轿车类型, 对1种有代
表的车型进行建模。在ANSYS 前处理模块中 建立的轿车模型, 对其进行映射网格划分。然 后进行材料模型的选择、边界条件的处理, 并 生成L S- DYNA 所需输入条件, 最后用L SDYNA 解算器进行计算。如下图所示, 为整车 有限元网格划分图。由于汽车碰撞是瞬态的大 变形非线性问题，整个模型总共采用了2 种单 元类型,分别为2D的visco106、3D的visco07。 为了简化，材料只选用了钢一种材料。
加到1100万辆；高速公路通车里程1988年为16km，1994 年已有1603km；汽车交通事故死亡人数1985年为4.09万 人，1995年高达7.1万人。可见，随着社会发展，我国汽 车保有量、公路里程、交通事故死亡人数同样也是逐年增 加。因此，汽车的安全性显得更加重要。为了切实地减少 汽车交通事故，解决交通堵塞，减轻驾驶人员劳动强度以 及解决汽车——社会中出现的各种问题，日本政府提出研 究与开发先进的安全车（ASV）的倡议，于1991年成立了 ASV研究组，同年在中央交通安全措施会议上提出了交通 安全基本计划。
• 1、Model structure modification and refinement
In the model,there are hundreds of individual parts that are connected to make up the automobile structure.
accelerometer was placed in the physical test.
conclusion
• The results of computational simulations
were validated with test data of actual vehicles. The validation indicates that the model is suitable for use as a crash partner for other vehicles. Computational tests of the model show that the model is computationally stable ,reliable ,and repeatable.
四、用ansys对一个简化模型的模拟
• ① 整车建模。轿车车身建模是一个复杂、
繁琐的过程, 其工作量在轿车碰撞模拟仿真 工作中占有很大的比重。从减少计算时间 和工作量的角度出发, 对整车的模型进行了 必要的简化, 只考虑车架、车身和保险杠等 在碰撞中起主要作用的部分, 不考虑焊接、 铆接及粘合剂胶结等影响。
汽车网格划分
• 碰撞过程的能量变化。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,而后两车体回弹分离,各自运动 直至停止。塌陷变形提供了重要的理论依 据。
• 有限元包括三个步骤：前处理（建模）、
施加载荷计算、后处理。
a、碰撞过程中车身、车架变形及动态响应 的重要前提是建立正确的汽车结构有限元 模型。由于整车设计的部件较多，如何建 立这些部件的数学模型，从而使碰撞特性 与实车碰撞结果吻合不但复杂而且工作量 大。
b、汽车碰撞是瞬态的大变形非线性问题， 碰撞过程及其复杂，其中撞压变形是关键 的特征参量。
such as (Radiator, seat cushions)
b、Shooting nodes Another frequently occurring computational problem was a termination due to mass increase.
factors ( poor mesh quality, Redundant
• 国内：吉林工大对碰撞中所需的汽车碰撞
刚度和汽车正面碰撞方程等问题做了研究。
清华大学将多刚体动力学应用于碰撞事 故中人体的运动模拟，研究安全带对人体 的保护作用。
其他院校引进了DYNA3D软件，并进行 了一些碰撞模拟研究。
目的：尽量准确模拟和再现汽车碰撞中的一 些力学机理；为诸如安全带和安全气囊等 成员保护系统的设计做参考。
5.顾力强，国内外汽车碰撞计算机模拟研究的现状及趋势.2000
来自百度文库谢大家！
汽车碰撞的数值模拟
The Simulation of Automobile Crash
本文主要内容
• 一、汽车安全性的研究意义 • 二、汽车安全性的研究方法 • 三、国内外汽车碰撞的数值模拟研究现状 • 四、用ansys对一个简化模型的模拟
汽车安全性的研究意义
• 根据调查，我国汽车保有量1985年为289万辆，1995年增
• 而在发达国家中，虽然汽车保有量在增加，
但汽车交通事故死亡人数或死亡率呈下降 趋势，主动安全性与被动安全性均有大幅 度提高。这说明，先进的安全技术可换来 生命。
二、汽车安全性的研究方法
• 1. 试验研究
汽车安全性的研究最早是通过试验来进行的，由 于汽车安全性的评价主要目的是确保乘员的生存 空间，缓和冲击，防止火灾等。基于上诉目的， 试验方法可以分为四大类：实车碰撞试验、试验 台上冲击试验、台车冲击试验、静态强度试验。 实车碰撞试验由于与事故的情况最接近，是综合 评价车辆安全性能的最基本方法。其它三种试验 方法都是以实车试验的结果为基础确定试验条件 的，适合于评价零部件或由零部件组成的安全系 统。
(Connection problems, Material property, Mass distribution)
• 2、Computational issues of model
simulations
Several major computational issues associated with LS-DYNA and the model
Some soft materials were used for a solid element part, rapid compression will result and negative volumes would be computed.
• 所需周期短 • 所需费用低廉 • 具有可重复性 • 可以获得任意所需的数据
三、国内外汽车碰撞的数值模拟研 究现状
• 美国是最早开展汽车碰撞研究的。早起主
要是进行实车碰撞试验；60年代开始计算 机模拟碰撞技术。
• 近20年来，计算机模拟技术得到迅速发展，
已经出现许多成熟的商业化碰撞模拟软件 包。比如PAMCRASH和LS-DYNA3D。能够 进行车身结构碰撞大变形模拟和标准假人 在碰撞过程中的动态响应分析。
• 由大量计算结果发现撞击后的最大变形时
间与撞击速度有关: 在撞击速度13. 4m/s (48. 3km/h ) 时, 最大变形时刻在75ms左右 形成； 撞击速度19. 4m/s (70km/h ) 时, 最 大变形在60ms 左右； 撞击速度26. 7m/s (96km/h )时, 最大变形在0ms 左右； 撞击 速度33. 3m/s( 120km/h ) 时, 最大变形在 40ms 左右。而此时, 相应的动能正好已衰 减95% 以上。这一重要规律即揭示了碰撞 过程的能量变化特征, 也为识别车体塌陷变 形提供了重要的理论依据。
参考文献
1.孙宏图，刘学术，宋振寰，于长吉.汽车碰撞变形计算机模拟研究.大 理理工大学学报，2002，11
2.凯墨尔MM , 沃尔夫著, 陈砺志译. 现代汽车结构分析. 北京: 人民交通 出版社, 1986
3. 陶沙, 于长吉. 汽车安全行驶与事故分析. 大连: 大连理工大学出版社, 1997
4.Z.Q.Cheng,J.G.Thacker.Experiences in reverse-engineering of a finite element automobile crash model.2003
• 2、应用计算机模拟技术研究汽车碰撞安全性
在汽车被动安全性研究中，国外60年代中期就开始了计算 机碰撞模拟研究工作。尤其在近20年，碰撞模拟技术发展 迅速。这一方面是由于计算机软、硬件技术的发展，使计 算机性能提高，应用日益普及；另一方面，汽车市场的激 烈竞争，要求提高新车型开发的成功率，降低开发费用， 缩短开发周期。为了适应需求，在汽车产品开发中必须采 用先进的计算机辅助手段。与试验相比，计算机仿真具有 以下优越性：
elements)
C、Calculation of accelerations
To validate the model, the acceleration responses of the model were compared with physical test data at specified locations. The calculation of accelerations of the model was accomplished by averaging the accelerations of a group of nodes from the region of a part where an
c、后处理可以查看撞击过程中不同时间的变 形、应力分布情况。
The original finite element model of Honda
• The automobile model can simulate full
frontal, offset frontal crash.
目前模拟存在的几个难点
整车模型
• ② 网格划分。按市场上轿车类型, 对1种有代
表的车型进行建模。在ANSYS 前处理模块中 建立的轿车模型, 对其进行映射网格划分。然 后进行材料模型的选择、边界条件的处理, 并 生成L S- DYNA 所需输入条件, 最后用L SDYNA 解算器进行计算。如下图所示, 为整车 有限元网格划分图。由于汽车碰撞是瞬态的大 变形非线性问题，整个模型总共采用了2 种单 元类型,分别为2D的visco106、3D的visco07。 为了简化，材料只选用了钢一种材料。
加到1100万辆；高速公路通车里程1988年为16km，1994 年已有1603km；汽车交通事故死亡人数1985年为4.09万 人，1995年高达7.1万人。可见，随着社会发展，我国汽 车保有量、公路里程、交通事故死亡人数同样也是逐年增 加。因此，汽车的安全性显得更加重要。为了切实地减少 汽车交通事故，解决交通堵塞，减轻驾驶人员劳动强度以 及解决汽车——社会中出现的各种问题，日本政府提出研 究与开发先进的安全车（ASV）的倡议，于1991年成立了 ASV研究组，同年在中央交通安全措施会议上提出了交通 安全基本计划。
• 1、Model structure modification and refinement
In the model,there are hundreds of individual parts that are connected to make up the automobile structure.
accelerometer was placed in the physical test.
conclusion
• The results of computational simulations
were validated with test data of actual vehicles. The validation indicates that the model is suitable for use as a crash partner for other vehicles. Computational tests of the model show that the model is computationally stable ,reliable ,and repeatable.
四、用ansys对一个简化模型的模拟
• ① 整车建模。轿车车身建模是一个复杂、
繁琐的过程, 其工作量在轿车碰撞模拟仿真 工作中占有很大的比重。从减少计算时间 和工作量的角度出发, 对整车的模型进行了 必要的简化, 只考虑车架、车身和保险杠等 在碰撞中起主要作用的部分, 不考虑焊接、 铆接及粘合剂胶结等影响。
汽车网格划分
• 碰撞过程的能量变化。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,而后两车体回弹分离,各自运动 直至停止。塌陷变形提供了重要的理论依 据。
• 有限元包括三个步骤：前处理（建模）、
施加载荷计算、后处理。
a、碰撞过程中车身、车架变形及动态响应 的重要前提是建立正确的汽车结构有限元 模型。由于整车设计的部件较多，如何建 立这些部件的数学模型，从而使碰撞特性 与实车碰撞结果吻合不但复杂而且工作量 大。
b、汽车碰撞是瞬态的大变形非线性问题， 碰撞过程及其复杂，其中撞压变形是关键 的特征参量。
such as (Radiator, seat cushions)
b、Shooting nodes Another frequently occurring computational problem was a termination due to mass increase.
factors ( poor mesh quality, Redundant
• 国内：吉林工大对碰撞中所需的汽车碰撞
刚度和汽车正面碰撞方程等问题做了研究。
清华大学将多刚体动力学应用于碰撞事 故中人体的运动模拟，研究安全带对人体 的保护作用。
其他院校引进了DYNA3D软件，并进行 了一些碰撞模拟研究。
目的：尽量准确模拟和再现汽车碰撞中的一 些力学机理；为诸如安全带和安全气囊等 成员保护系统的设计做参考。
5.顾力强，国内外汽车碰撞计算机模拟研究的现状及趋势.2000
来自百度文库谢大家！
汽车碰撞的数值模拟
The Simulation of Automobile Crash
本文主要内容
• 一、汽车安全性的研究意义 • 二、汽车安全性的研究方法 • 三、国内外汽车碰撞的数值模拟研究现状 • 四、用ansys对一个简化模型的模拟
汽车安全性的研究意义
• 根据调查，我国汽车保有量1985年为289万辆，1995年增
• 而在发达国家中，虽然汽车保有量在增加，
但汽车交通事故死亡人数或死亡率呈下降 趋势，主动安全性与被动安全性均有大幅 度提高。这说明，先进的安全技术可换来 生命。
二、汽车安全性的研究方法
• 1. 试验研究
汽车安全性的研究最早是通过试验来进行的，由 于汽车安全性的评价主要目的是确保乘员的生存 空间，缓和冲击，防止火灾等。基于上诉目的， 试验方法可以分为四大类：实车碰撞试验、试验 台上冲击试验、台车冲击试验、静态强度试验。 实车碰撞试验由于与事故的情况最接近，是综合 评价车辆安全性能的最基本方法。其它三种试验 方法都是以实车试验的结果为基础确定试验条件 的，适合于评价零部件或由零部件组成的安全系 统。
(Connection problems, Material property, Mass distribution)
• 2、Computational issues of model
simulations
Several major computational issues associated with LS-DYNA and the model