CAE整车碰撞分析流程
责任编辑:一直hustle     时间:2023-08-31     来源:转载于:CAE车研社
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整车碰撞分析是被动安全中必不可少的分析内容,根据工况的不同,可以分为正碰、偏置碰、侧碰、侧柱碰、后碰和顶压等分析项。看上去十分复杂,其实,只要深入了解正碰分析,在其基础上稍作修改,就可以轻松完成其他分析项。

本文就以C-NCAP2021版的正面碰撞为例,介绍整车碰撞的分析流程,细节部分不做过多介绍;同时,还会介绍整车碰撞分析,约束系统以及试验之间的关系。

分析流程可以分成前处理、计算和后处理3个部分。

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1.前处理

前处理的软件很多,比如Hypermesh、Pre-post、Ansa等等,本文以使用较为广泛的Hypermesh为例进行介绍。

初速度

前处理部分包括划分网格、整车模型搭建等部分,这里不做详细说明,主要介绍如何创建工况。根据C-NCAP2021版的要求,车辆初速度为50Km/h(13.88毫米/毫秒)。

刚性墙

车辆和正前方的刚性壁障发生碰撞,一般通过刚性墙来模拟。关键字:RIGIDWALL_PLANAR。刚性墙可以视为一种特殊的接触,但是只有从接触面,没有主接触面(主接触面是刚性墙)。从接触面选择“all”,表示选择所有节点。刚性墙的摩擦系数一般是0.1.

除此之外,车辆还需要和地面接触(否则会因为自重而自由落体),同样通过刚性墙模拟地面。从接触面选择车轮即可。

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自接触

在碰撞过程中,车辆自身各部件之间也会发生接触。因为无法知道哪些部件会接触,所以这里使用的接触类型是自接触,关键字:CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE。和刚性墙一样,自接触不需要设置主接触面,只设置从接触面即可。不同的是,在自接触中,所有的从接触面,同时又是主接触面,也就是说,部件a既可以和部件b接触,也可以和自己发生接触。自接触的动、静摩擦系数一般是0.3.


重力加速度

重力加速度的关键字是LOAD_BODY_Z,大小是9.8m/s^2。


控制卡片

整车碰撞的控制卡片虽然多达17、8项,但是一般不需要特别设置,直接导入已有的控制卡片即可。唯一需要注意的是时间。不同的工况,碰撞完成的时间是不一样的。比如,正碰的时间是0.1秒;偏置碰是0.14秒;侧碰是0.12秒。


2.计算

前处理完成后,接下来是计算。提交计算很简单,一般使用LS-dyna求解器。我常用的计算参数是CUP调用36个核(可根据电脑配置来调整),内存调用800M,正碰一般需要计算十多个小时。

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3.后处理

计算得到结果文件后,需要通过后处理来显示需要的数据。使用的软件有Hyperview和Hypergragh。

对于正碰来说,需要的数据主要有碰撞动画,加速度曲线,前围板侵入量,方向盘、踏脚板和A柱后退量等。

限于篇幅,这里不讲解具体的操作过程,主要介绍各个数据的意义。


碰撞动画

碰撞动画显示了碰撞的整个过程。通过动画,可以判断车辆各个部件的结构和位置等是否合理。比如,吸能盒和前纵梁是否压溃?如果没有,说明能量吸收不充分。


加速度曲线

加速度曲线决定了乘员的受伤情况。在整车碰撞的分析中,是不考虑乘员的;但是在约束系统的分析中,需要在整车中加入假人模型,模拟乘员的受伤情况,伤害值决定了车辆的评分。

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4.整车碰撞分析,约束系统分析和试验的关系

下面来说说整车碰撞分析,约束系统分析和试验的关系。

整车碰撞分析和约束系统分析都属于模拟,而模拟的目的,是在试验中获得更多的得分。

约束系统分析,就是为了模拟试验过程,考察目前车辆能得多少分,能评几颗星。但是,如果直接进行约束系统的分析,变量就太多了,不仅要考虑车辆自身的结构,还要考虑座椅、气囊、安全带等部件,很难分析出是哪个部件导致伤害值过大。

所以,模拟分成了整车碰撞和约束系统两部分(这里暂不讨论行人保护)。首先进行整车碰撞,如果分析结果达到一定的标准,比如加速度峰值小于40g,再进行约束系统的分析。

除此之外,加速度曲线还可以和碰撞动画结合起来,通过对比来分析碰撞过程。比如,加速度曲线出现了一个小波峰,说明在这个时刻,车辆受力达到了一个峰值(F=m*a)。通过观察动画,可以知道出现峰值的原因。

前围板侵入量,方向盘、踏脚板和A柱后退量,这些分析项同样是为后面的约束系统分析做准备。因为在碰撞发生的过程中,前围板、方向盘、踏脚板等部件会与乘员产生接触,从而造成伤害。如果这些分析项符合预定标准,再进行约束系统的分析。

5.总结

和其他CAE分析一样,整车碰撞分析分成前处理,计算和后处理3个部分。前处理阶段,主要内容包括设置初速度,刚性墙,自接触,重力加速度和控制卡片等部分;计算阶段很简单,提交给LS-dyna即可,但是计算时间比较长,一般在一到两天左右;后处理阶段的主要内容包括碰撞动画,绘制加速度曲线,前围板侵入量,方向盘、踏脚板和A柱后退量等部分。

整车碰撞分析的目的,是让汽车结构达到初步标准;在符合该标准的基础上,再进行约束系统分析。通过模拟结果,预估试验中车辆的评分。

来源:转载于:CAE车研社

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