整车侧面碰撞分析流程与规范

1 分析目的

建立整车侧面碰撞有限元模型，规范侧面碰撞分析流程。通过对整车进行侧面碰撞分析，考察车身结构的薄弱区域，为整车的设计优化提供参考依据。

2 范围

本标准规定了乘用车侧面碰撞CAE分析的软件设施、硬件设施、输入物、输出物、分析方法、结果评价及分析报告。
本标准适用于乘用车侧面碰撞分析。

3 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

ECE R95欧洲侧面碰撞试验法规

4 软件设施

侧面碰撞分析软件设施包括以下内容:

a) 前处理：ALTAIR/HYPERMESH、ETA/VPG；
b) 后处理：ALTAIR/HYPERVIEW、LS-PREPOST；
c) 求解器：LS-DYNA 970；
5 硬件设施
a) 前、后处理：工作站；
b) 求解：集成服务器；
6 时间需求
6.1 前处理时间
a) 无碰撞分析模型，完成有限元建模，一般需要30～35工作日/15人；
b) 有完整正确的碰撞分析模型，模型前处理一般需要2～3工作日/1人。

6.2 求解时间
计算过程中不出现因模型问题导致计算中断的情况下，在集成服务器上求解时间大约为15小时/次，需要计算1个工况，通常模型调整需要计算5次以上。

6.3 后处理时间
后处理时间包括结构合理性评估，假人伤害分析，分析报告的编写等，一般需要3个工作日。

6.4 总时间计算
完成一款车的正面100%碰撞分析需要的时间如下：
a) 无整车碰撞分析模型，完成分析需要40～45工作日。
b) 有完整的整车碰撞分析模型需要10～15工作日；

7 输入物

7.1 存在整车碰撞分析模型

一个完整的碰撞分析模型中含有：
a) 白车身各个零件的有限元网格数据；
b) 焊点数据；
c) 各个零件的材料数据；
d) 各个零件的厚度数据；
e) 及其他必要数据；
7.2 无整车的碰撞分析模型
乘用车侧面偏置碰撞分析的3D几何模型，数据要求如下：
a) 设计任务说明书；
b) 各个零件的厚度或者厚度线；
c) 动态材料数据；
d) 焊点文件；
e) 3D CAD数据(数据要求无明显的穿透或干涉)；
f) 各个零件的明细表；
g) 整车的质心坐标；
h) 及其他必要参数；
8 输出物

乘用车侧面碰撞分析的输出为分析报告，针对车型统一命名为《车型侧面碰撞分析报告》（“车型”用具体车型代号替代），报告内容的按9规定的内容编制。

9 分析方法
9.1 分析模型
分析模型包括侧面碰撞分析模型，该模型主要包括：车身, 前、后悬架, 动力总成, 转向系, 仪表板横梁, 踏板机构, 保险杠, 冷却系统, 进、排气系, 燃油箱, 蓄电池,座椅, 配重质量点等。

9.2 分析模型建立
建立有限元模型，以下事项需要特别注意：
a) 分析模型的网格质量应符合求解器的要求；
b) 模型中各模块的命名、模块划分及零件的命名必须规范；
c) 材料参数由材料模型库中取得，各个零件的材料按照明细表给其赋予材料特性；
d) 定义各个零件属性时，应根据设计方提供的厚度清单逐一设定各个零件的材料厚度；
e) 模型的焊接、铰接、胶粘按照实际焊点位置分布；
f) 有限元模型中分析模型的质量应该与实际相等；
g) 前期建模均在前处理软件HyperMesh中完成；

9.3 侧面碰撞分析
根据碰撞有限元建模规范的要求，建立整车有限元模型，仿真分析软件主要使用HyperMesh和LS-DYNA建立模型和求解。整车侧面碰撞分析流程如下所示。



9.3.1. 整车装配
有限元模型建立完后，把分总成进行整车装配，并建立联接关系，然后进行整车干涉的调整，在干涉调整的过程中，如果白车身和其它总成干涉，尽量不动白车身，通过调整其它总成来消除干涉。原因是白车身的采用的是BEAM联接方式，如果调整白车身的话，就会移动单元，而BEAM恰好是联接上下单元的，这样就会造成BEAM单元失效，也就是说焊点失效。例如：如果白车身和底盘存在干涉，要通过调整底盘来消除干涉。

建模

1、传感器
创建传感器的方法
1） 传感器放在相应“include”文件中。
2） 做8个Nodes确定体单元。
3） 以到车身3-5mm的距离，长度为8mm的立方体建立传感器,每个传感器必须单独创建一个comps放在其中。



4） 给传感器附上刚性材料和体单元属性。





5） 建立传感器与车身之间的联接关系。传感器与车身之间用EXTRA_NODES连接。



6） 建立局部坐标及定义输出点。要求定义NODE 1为原点并作为输出点，NODE1-NODE2定义为X方向，NODE1-NODE3定义为Y 方向，并跟整体坐标保持一致，定义为Y 方向。





2、车身传感器的布置
a) 车身结构传感器数据采集位置见表1

	车身结构传感器要求
	测试数据格式要求：ASCⅡ
No.	名称	位置描述	X	Y	Z
1	左/右A 柱上部 (A-pillar left/right upper)	左边A 柱上部
2	左/右A柱下部(A-pillar left/right lower)	左边A柱下部
3	左/右门槛前部(Sill beam left/right　front)	左门槛前部
4	左/右门槛中部(Sill beam left/right　middle)	左门槛中部
5	左/右门槛后部(Sill beam left/right　rear)	左门槛后部
6	中通道前部(Tunnel  Middle front)	中通道前部
7	中通道中部(Tunnel  Middle middle)	中通道中部
8	中通道后部(Tunnel  Middle rear)	中通道后部
9	ECU(ECU  top)	ECU 顶部
10	左/右B柱上部(B pillar left/right upper)	左B柱上部
11	左/右B柱中上部(B pillar left/ right middle-upper)	左B柱中上部
12	左/右B柱中部(B pillar left/ right middle)	左B柱中部
13	左/右B柱中下部(B pillar left/ right middle-lower)	左B柱中下部
14	左/右B柱下部(B pillar left/ right lower)	左B柱下部
15	发动机上部(engine  top)	发动机上部
16	发动机下部(engine  bottom)	发动机下部
17	门内板(door  inner)	门内板
总计	车身传感器总计	27

3、座椅的调整

1）座椅：调整座椅位置，座椅靠背角。
前排座椅位置：对于纵向可调节的座椅，应使其“H”点位于行程的中间位置或者最接近于中间位置的锁止位置。对于长条座椅，应以驾驶员位置的“H”点为基准。
前排座椅靠背如果可调，座椅靠背应调节到使假人模型躯干倾角尽量接近规定的正常使用角度，若没有规定，则应调节到从铅垂面向后倾斜25°角的位置。如果可调，后排座椅或后排长条座椅应处于最后位置。
2）整车模型质量是整备质量、假人质量及36kg质量块（用来模拟测量仪器质量）之和，“车辆整备质量”指处于运行状态的车辆质量，无驾驶员、乘客和货物，但加满燃料、冷却液、润滑油，并带有随车工具和备胎。

4、侧面碰撞假人

4.1 假人个数及位置

a) 假人个数及位置，按照法规要求放置相应假人模型。按ECER95规定在前排驾驶员位置放置一个EUROSIDⅡ假人；
b) 模型：模型库中存有，采用模型库中文件，无则采用VPG自带假人；
4.2 侧面安全气囊
a) 根据分析需要，侧面碰撞中在驾驶员侧相应位置放置安全气囊；
b) 按照安全气囊设计尺寸建立有限元模型；
c) 按照实际放置要求折叠安全气囊，并设定相应的安全气囊参数

5、模型定义

基于车辆基本参数表，定义整车整备质量和调整质心、重力加速度、轮胎胎压、整车接触和BOX、建立整车地面和可变形障碍壁的设置等参数。

6、整车质量的调整

车辆质量为整车整备质量。

依照整车质心位置，把质量块均匀分布在整车的各个部分，在HyperMesh 1D模块中masses菜单添加质量单元。



在POST模块下，点击summary菜单可以计算整车质量和显示质心位置。



7、定义轮胎胎压

1.定义胎压关键字*LOAD_SEGMENT_SET，首先从其它文本中复制下面这些关键字。



*LOAD_SEGMENT_SET中LCID调用胎压曲线。



2.在HyperMesh中创建轮胎表面的SEGMENT。



3. HyperMesh中LOAD_COLLECTOR下编辑卡片，在*LOAD_SEGMENT_SET下的SSID中调用上部创建的SENMENT,剩下的三个轮胎方法都是一样的。



8、定义重力加速度
LOAD_COLLECTOR下命名，在card image里选择LOAD_BODY，点击CREATE/EDIT设置参数，来定义整车重力加速度。



*LOAD_BODY_Z中LCID调用加速度曲线。



9、建立整车地面

在Analysis模块下RIGIDWALLS菜单下，定义地面。



type中选择RWPlanar类型。



选择轮胎最低点，，作为路面基点，同时选择N1、N2、N3，定义地面垂直法向方向。

10、定义BOX

定义BOX目的减小收索范围，缩短计算时间。

1.首先在BLOCKS界面下创建一个BOX。



2.定义 BOX基本应用在面与面接触上，进入下面的MBOXID中，选择创建的BOX即可。



11、可变形障碍壁的设置

a) 汽车可变性障碍碰撞器的形状尺寸如图1所示；
b) 障碍壁的特性：总质量为Kg；前后轮距宽m;小车的轴距应为mm；重心位于纵向中心垂直平面内10mm处，前轴后面 mm处；距地面高mm处；撞击器前面与障碍物重心之间的距离是mm；
c) 材料特性：碰撞器的材料必须是蜂窝铝；
d) 仿真采用模型库中的可变形障碍壁文件；



12、定义LS-DYNA关键字文件
在LS-DYNA软件的关键字文件中，如单元、节点等内容均拥有唯一的编号（ID），相关组直接的联系也是通过ID编号来实现的。
在计算过程中并不限定必须使用哪一种单位制，只要求单位是协调统一的，计算单位就是确定的。分析模型一般采用单位为MM，TON，S，N 。下表为常用的单位制。



13、接触定义

定义模型接触。整车模型需要建立自接触、整车与壁障之间的接触、BEAM单元与车身之间的接触。在1D模块下，在interfaces界面下，type选择相应的类型。

1. 定义整车自接触。在type里选择Single Surface类型；点击create/edit，编辑接触参数，参数控制如图所示。





2.激活add按钮，在slave下选择相应的组合类型(comps、all、sets、csurfs)，点击add。



3.定义整车与壁障接触



4.定义Beam单元与白车身或者是四门两盖接触绑定，应注意beam必须作从面。





14、INITIAL_VELOCITY卡片

Load Collector下输入名称，在card image里选择Initial Velocity，点击create/edit设置参数来定义整车初始速度。



定义节点初速度，碰撞速度为km/h(试验速度不得低于50km/h)。但在i rigid的设置中，正面碰撞设为:-2，侧面碰撞设为:0。

在关键字文件里，初始速度关键字为：



15、CONTROL卡片
在工具栏Tools里*CONTROL关键字，定义总的计算时间、时间步长控制、壳单元控制、沙漏控制、接触控制、能量控制等。



16、DATAbase卡片

用户可定义计算结果输出文件，只要计算过程中不出现异常错误，这些文件将全部出现在计算目录中。定义一下关键字，可输出单元作用力、单元计算结果、模型整体信息、材料相关信息、截面力、输出时间间隔等。



17、求解计算

生成LS-DYNA计算输入关键字文件后，接下来的工作是对该有限元模型进行求解。



InputFile是计算文件路径及名称；Output Print File是输出文件，指定分析所需要的内存数值，该数值必须大于计算所需要的内存量以及小于本地计算机所拥有的内存量。
在计算过程开始时，相关的计算过程信息会逐步显示在窗口中，在整个计算过程中，用户都可以对求解过程进行干预，用Ctrl+C键可以中止计算过程，然后可以根据情况输入：
SW1：停止计算，同时输出一个重启动文件；
SW2：重新预估计算时间，继续计算；
SW3：输出一个重启动文件，继续计算；
SW4：输出一个后处理文件，继续计算。
计算中，LS-DYNA自动输出计算结果文件。上述文件在计算过程中以及计算结束后均可以查阅。使用较多的文件如下：
messag：显示计算过程信息，包括警告、错误（文本格式）；
d3plot：二进制计算结果文件。包含全部应力、应变信息等数据。LS-DYNA根据设定的输出间隔自动输出；
d3dump：二进制重启动文件。
d3hsp：最详细的计算模型信息与计算过程信息（文本格式）。

18、输入文件类型

输入文件类型指供求解器识别的文件类型，主要包含模型的*.k格式文件和计算控制参数的*.dyn格式的输入文件。

19、 输出文件类型

输出文件类型指通过求解获得的结果和中间过程的文件：
a) 包含计算结果和模型信息的d3plot文件；
b) 包含计算数据输出的nodout、glstat、elout、deforc、rwforc、secforc、matsum文件。