应用LS-DYNA进行汽车正面碰撞模拟分析

可分 ， 在汽 车行业 中 ， Ａ Ｃ Ｅ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 —Ｄ Ｓ ＹＮＡ 计算 ＤＹＮＡ。Ｌ －Ｄ Ｓ ＹＮＡ 的 最新版 本 ２ ０ ０ ４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 ＡＳ Ｉ Ｃ Ｉ ４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 Ｓ ＤＹ
因王 黟单元罐犬角 （ ｕｄ Ｉ ＩＩｚｇ ） 妻 ＱａＩ Ｊ 且ｌ ｎ ｔ 糕ｈ Ｊ Ｉ ｅ 四边形单元 赣 角 （ ｕａｌｌｌｍ￣ ｌ） Ｏ ａ Ｉ ｌｌ ｌｈ ｌ ｒ ｅ ｉ ｌ ｇ
＜ ３ １ ５ ＞５ ３
杨氏弹性摸盘
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三角 单元最太角 （＂ 糊∞ｎ ｍａ ） １ｎ ｉ ｉ ｍ ｌ Ｉ
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
＊ ｅ ｔ ｎ Ｂ ａ 关键字 中进行定 义。焊 点的 Ｓ ｃｉ ｅ ｍ ｏ
属性 定 义如表 ２ 。其 中定 义 了焊点 的失效 条
１８ ２ ０ 年之 间 ， ９５ ０２ 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 Ｓ Ｄ 材
不多 ２ 倍 。其次 是从 １ ８ 年 以来计 算机 硬 令 （ ＹＷ ＯＲＤ） ０ ９５ ＫＥ 的格式表 达 的。 件 、软 件的 迅速 发展 和汽车 厂 商对 计算 机资
快速 增长 。现 在汽车 碰 撞模 型 己经发 展到 上 算机广泛采 用 Ｃｕｔｒ ｌｓ 并行处理技 术 ， 大的 ｅ 大
一
致 的原 则 。根 据要 求 ， 钣金 件通 常 使用 钢
１５ ．ｍｍ。框式 底架 、梁的材料 也是用钢材 ， 板
的关键 字文件 以递交 Ｌ Ｄ ＮＡ 求解 器开 材 ， Ｓ Ｙ 车身 板厚为 ０ ８ ． ｍｍ ， 强件板 厚为 ． ～１ ２ 加
蟊圜 ｉ 。 。 。 。 － ： 。 ． 。 ： － ： 。 。 。
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学 术 论 坛
的减 速度 ， 间接 地评价 对 乘 员的伤害 程度 。
从 Ｂ柱 的减 速度 曲线可 以看 出（ 图 ２ 如 所 示）当 Ｌ １ — ０ ｓ ， ， 一 ５ ２ ｍ 时 汽车保险杠 横梁 撞上副
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０６
科技创新导报 Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｉｎ ｖ ｔ ｎ Ｈ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ａ ｉ ｅ ａｄ ｏ
１３ ７
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由ＪＯ． ａｌｕｓ主持 开发完成 的 Ｄ Ａ ． Ｈｌ ｉ ｑ ｔ ＹＮ
在 整车 碰 撞模 拟 中通常 十分 重视 对焊 点
程 序 系列被 公认 为是 显式 有限 元程 序的 鼻祖 尺 寸 不能 小 于 ３ ｍ ， 他 如翘 曲度 、长 宽 的模拟 ， 点的处理 正确 与否 ， ｍ 其 焊 将直接 影响 到
作 用。 关 键词 ： Ｓ Ｄ Ｎ 汽 车碰撞 车身耐 撞性分析 计算机 模拟 Ｌ－ Ｙ Ａ 中图分类号 ： Ｐ Ｔ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ８ ０ （ ） ０ ３ ０ １ ７ — ９ ｘ ２ ０ ） ３ ａ一 １ — ２ ７
Ｌ － ＹＮ 是世界 上最著名 的通用显式 测 出汽车的碰撞 特性 ， 及汽车碰 撞对乘 客的 ＳＤ Ａ 以
兰角单元最 小 （ ｒ ｉｉ ｍ ａ ｌ） 角 Ｔｉ ｎｍ ｝ｉ ｅ ａ ｍ ｌ ｓ 蹙曲 （ 甜 ） ｗ ｐ
Ｓ ｅ ｋｗ
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伸张力
扭断力 标准 失效 时间
８２Ｎ ３ ４
６１Ｎ ３９ １０ ０ｍｓ
亍松比 Ｉ ３
厚度
屈 应 力 受
程 序 系列 ， 干 １ ９ 并 ７年将 Ｌ ＤＹＮＡ２ ９ ｓ Ｄ、
Ｌ Ｓ Ｄ Ｙ Ｎ Ａ ３Ｄ 、 ＬＳ— ｒ ＰＡ Ｚ２Ｄ 、 ＬＳ— ｒ０
２关键字文 件
Ｔ Ｐ ３ Ｏ ＡＺ Ｄ等程序 合成一 个软 件包 ， 称为 Ｌ Ｓ 月推 出的 ９ ０版 。 ７
Ｌ— Ｙ Ｓ Ｄ ＮＡ的记 录文件 为 ｋ文件 ， 这一文 裂 刚体 约 束 来处 理焊 点 。
完成 ， 可以对具 有不 同焊 点失效特性 的焊点采 用 Ｎｅ Ｇ ｏ ｐ的方式放 在不同的组里 ， 可 ｗ ｒ ｕ 也
动力分 析程序 ， 能够 模拟真实 世界的各种 复杂
影响 。通过 使 用 ＬＳ－ＤＹＮＡ， 汽车 公 司和他
问题 ， 别 适 合求 解各 种 二维 、三 维非 线性 们 的配 件 公司不 需要 做模 型车 就 能够 检测 汽 以根据 不同零件位 置把焊 点放在不 同的组里 ， 特 结构 的 高速碰 撞 、爆 炸和 金 属成型 等非 线性 车 的 设 计 。这 样 能 够 节 省 大 量 的 金 钱 和 时 便 干 以 后 的 管 理 和 查 错 。 焊 点 的 属 性 在
和理论 先导 ， 目前所 有显式求解程 序（ 括显 比 、梯 度 、雅 可 比等 参 照 下表 １。按 照以 碰 撞模 拟 的精 度 。 由干在 碰 撞模 拟 中 ， 零 是 包 各 式 板成 型程序 ） 的基础 代码 。 １ ８ ９ ８年 Ｊ ０． ．
Ｈａｌ ｕｓ 创建 Ｌ ＴＣ公 司 ， 出 ＬＳ ｌｑ ｉｔ Ｓ 推 ＤＹＮＡ
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车架前端 ， 使汽车的减速 度迅速增加到第一 个
高峰值 ， ｔ ＝ ５ 时 ， 当 约 ３ ｍｓ 车辆减速度 达到第 二个高峰 值 ， ｔ ＝ ０ 时 ， 当 约 ６ ｍｓ 车辆减 速度达 到 又一 个高峰 ， 外 ， 得注 意的是 ， 大约 此 值 在
源 的广 泛应 用 。还有 就 是汽车 厂 商 由干市场 竞争优 势的需 要 ， 求缩短 设计 周期 ， 要 而物 理 还 有 很 多 ， 如 ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ 、 比 ＦＥＭ Ｂ、ＨＹＰＥＲＭ ＥＳ 、ＰＡＴＲＡＮ 等 。 Ｈ
的实 际厚度定 义 ， 材料 密度按各零 件实测 的重 与 实车 重心 的一致 。表 ３中为 定义 的材料 参
采用 Ａｔｉ Ｈｙ ｅＭｅｈ 件在车 身零件 件 ， ｌ ｒ ａ ｐｒ ｓ 软 即当伸张 力或 扭断 力达到这两个 数值得时
的 Ｃ Ｄ模型上进 行有限 元划分 。以 １ ｍｍ为 候 ， 点就 会 失效 。 Ａ ０ 焊 网格 尺寸 的基 准 ， 为保证 求 解速度 ， 小单元 最
证 实 了其 计 算 的可 靠 性
ａ 形成 一个计 厚 为 ２～３ ｍ。
无论以 何种途径 百万 个单 元 规模 ， 维模 型越 来 越 精确 。计 始 显式动 力分析 。也就 是说 ， 三
降低了 Ｃ Ｕ 的运算时 间 ， Ｐ 现在 Ｌ — ＹＮ Ｓ Ｄ Ａ对 算 程序的输 入信 息文件 ， 键字文 件。本 文 即关 ５ ００ ０ ０ ０单元规 模的汽车 历时 １ ０ ２ ｍｓ的碰撞 使 用 Ｈｙ ｅｍｅｈ软 件对计算 模型进行 前处理 ５碰撞接触的定义 ｐｒ ｓ
表 ３ 材料定 义参数
在汽车 工业中 ， Ｓ ＤＹ Ｌ－ ’ ＮＡ被广泛地应 用 干汽车 设计领域 。Ｌ Ｄ Ｓ ＹＮＡ能 够准确 地预 ３连接模 拟 表 １ 网格 质量控 制标准
长 宽比 （ ｐ ｃ ｒｔ Ａ￣ｅ ｔ ａｏ） ｉ 《 ｔ
密度
表 ２ 焊 点属性 定义
７８ｌ 嚣 ｍ ｍ ０
图２ Ｂ柱减速度 曲线
输 出 文 件 一 般 分 两 类 ： ■ 进 制 文 件 平Ｉ Ｉ
／
图 １ 前 围板 入侵 曲线 分 相互挤 压在一 块 。这些 相 互挤 压部 分之 Ｉ ｈ Ｊ 会 有 力的作用 ，在 有限元 分析 中通过 接 触来 模 拟它们 之 间的作 用力关 系 。尽可能 将 整车
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学 术 论 坛
Ｓｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｅ ８ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｉｎ ｒ 百
应用 Ｌ － Ｙ Ａ进行 汽车正面碰 撞模拟分析 Ｓ Ｄ Ｎ
包宇波 ’ 胡斌 （． １ 同济大学汽车学 院 上海 ２ ０ ９ ； ２ 中国矿业大 学 （ ００２ 北京 ） 电学院材料 系 北京 １０ ８ ） 机 ０ ０ ３ 摘 要： 应用 Ｌ — Ｙ Ａ实现不 带约束 系统的整车 的正 面碰 撞模拟 ， ＳＤ Ｎ 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
一
过 程分析 如果采 用 ＭＰ Ｐ技 术 ， 运算时 间可在 设 置 ， 下各个初 值信息 都在该软 件 中进 行定 以
１ ｈ内 完 成 。 ２ 义
在 碰 撞过 程 中 ， 与 刚性 墙 、车 身的 主 车
要 部件 之间均 会 发生接 触 ，有 些零件 变形 后 会 碰到 其它零 件 ，有 些零 件变 形后 自身各 部 焊 点的连接在 Ｈ ｐ ｒ ｓ ｙ ｅｍｅｈ中 １ Ｄ菜单 下
上规 则建立 的车 体有限 元模 型大约 有 ６ 万单 部件 的变形量 和位 移量都 很大 ， 远大干焊 点 ０ 远
兀
自身的 变形 量 ， 因此 碰撞 分 析 与静 态分 析 不 同 ， 分析 结果影 响更 大的是焊 点 的强度 ， 对 而 不是 刚度 ， 以 在碰撞 模拟 中 ， 所 通常 采用可 断
数：
支持 Ｌ ＤＹ Ｓ ＮＡ 求解程序 的前处理 软件 量来调 整定义 ， 以保证 整车有限元模 型的重心
样机 价格 昂贵 、试验 能 有限 以及 Ｃ Ｕ 时间 虽 然各 种前 处理 程序 的 建模 操作 方法 各不 相 Ｐ
对 干各部件 的材料定 义 ， 遵循与实物尽 量
一
价 格的 降低 ， 使得汽车 行业 Ｃ 也 ＡＥ仿 真分 析 同 ， 但是 在建 模完成 后 ， 都将输 出一 个 格式统
ｔ’５ 时刻 ， ８ ｍｓ Ｂ拄 减速度碰 撞模拟 曲线 又出
现一 个波峰 ， 达到 了 ３ ５． ｍ／ ６ ７ ｓ。
从 汽 车 安 全 性 设计 理 念 的 角 度 出发 ， 想 理
即减速度变 ＡＳＣ］文 件。二进制文 件由关键守 ＊ Ｉ ＤＡＴＡ — 的 Ｂ拄减速 度曲线应呈矩形波 状 ， 模型定义为 Ａｕ ０ Ａ Ｉ Ｔ Ｍ Ｔ Ｃ接触类 型，Ａｕ Ａ Ｅ Ｂ ＮＡ Ｙ ０ Ｔ ０ 其中使 化 应 尽可 能平 稳 。 如果减 速 度变 化非 常 大 ， Ｔ０Ｍ ＡＴＩ 类型 的接触 是 比较 新的 接触 方 Ｂ Ｓ Ｉ Ｒ Ｐ １ Ｎ控制输 出， ｃ 说明车身前部的吸能设 计不 良， 员头部所承 乘 】 ３ Ｌ Ｔ和 Ｄ ＤＵＭＰ两 个二进 ３ 式 ，由于 在汽 车碰 撞 的过 稃 中 ， 很难 人 工判 片较 多的有 Ｄ Ｐ Ｏ 并且有 可能不仅产生二 制 文 件 ， 文件 的关 键 守 名称 为 受 的最大减速度很 大 ， Ｄ ３Ｐ Ｌ Ｏ Ｔ 断 壳单 元 发生 接触 的 方 向 ， Ａ ｕ Ｔ Ｏ 次 碰撞 ， 至发生三 次碰撞 ， 甚 造成乘 员在车 内 Ｎ ３ＰＬ Ｏ Ｔ ， ＭＡＴＩ Ｃ接 触方式 主要是针 对壳 单元的方向问 十Ｄ Ａ Ｔ ＾ Ｂ Ａ ＳＥ Ｂ Ｉ Ａ Ｒ Ｙ —Ｄ ３ Ｌ Ｔ文件主要 是用来 记录应 力、 变、变 应 题 （ 单元 以接 触面外法 线 为接触 方 向，所 Ｄ Ｐ Ｏ 体 以 总可 以产 生 接触 ） ，接 触 则在 壳单 元 两 侧 形 的 情 况 ， 可 以 输 出 各 种 云 图 和 动 画 。