汽车碰撞计算机仿真方法及其常见问题分析精品课件

汽车碰撞计算机仿真方法及其常见问题分析彭冰元EngineeringTechnologyAssociates,Inc.(ETA)E-mail：bpeng@汽车碰撞计算机仿真方法PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11内容内容：ETA简介；汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势；汽车碰撞仿真工具；LS-DYNA简介；汽车碰撞仿真的建模；汽车碰撞仿真障碍物模型；汽车碰撞仿真假人模型；汽车前碰撞仿真；汽车侧碰撞仿真；碰撞模拟分析中常见问题分析；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11EngineeringTechnology

Associates,Inc.(ETA)公司成立于1983年

公司位于：总部：Troy,MichiganUSA；上海：ETA-ChinainShanghai；南京：

ETA-ChinainNanjing；主要业务：

从事汽车CAE方面的工程技术服务以及软件开发（AutomobileCAE）

工程技术服务：（EngineeringServices）

主要集中于汽车的整车开发与技术转移软件开发（SoftwareDevelopment）

ETA目前有三个软件产品：

eta/VPG–

主要用于汽车的安全性，耐久性等分析；

eta/DYNAFORM–用于钣金成型与模具设计；eta/FEMB,bundledwithLS-DYNA/PC–LS-DYNA的通用前后处理器，先集成于VPG/Pre-Post中；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势：1988199019921994199820002002PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势：LS-DYNAPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势Crashworthiness–GoMathTraditionHardwareTestNoMathToolsCAEConceptHardwareTestComputerInfrastructureComputerSoftware1.Highcost2.Longtime3.ReliableExplicitIntegrationPlasticityContactetc.1.Costlow2.Shorttime3.InsideViewPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势DesignBenefitofCAEApplicationHardwareReductionDesignEnablingSavingTurnAroundTimeCostCutInsightViewofFailureModesPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势HistoricalBackgroundExplicitFE-codeswasdevelopedin1970’sinU.S.foraerodynamicsandnuclearweaponeffectsFirstfullvehiclecrashsimulationmodelwasbuiltandanalyzedin1985withsupercomputer(Cray)Rapiddevelopmentintherecent10years,nowtheFEcrashsimulationisafullyintegratedtool.NocompetitivedevelopmentispossiblewithoutintensiveCAEsupportPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势HistoricalBackgroundPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的最新进展和发展趋势NumericalSimulationImprovement1.Explicittimeintegration2.Plasticity3.Contact-impacttreatment4.Airbag,seatbeltmodel5.Barriermodel6.Welding7.Materialfailuremodesdevelopment8.Jointdevelopment9.Foammaterial10.DummymodelPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的工具汽车碰撞仿真的工具：CADDataSurfaceCleanUpMeshGenerationPartAssemblySolverPostProcessIDEASCATIAANSA

HypermeshFEMBEasiCrashHypeworkFEMBMode-EditPam-SafeLS-DYNARADIOSSPam-CrashABAQUSMADYMOMSC-DYTRANADINAHypermeshFEMBMod-AnimPam-SafeDyna-PostPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11LS-DYNA简介LS-DYNA简介：LIVERMORESOFTWARETECHNOLOGYCORPORATIONENGINEERINGTECHNOLOGYASSOCIATESPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11LS-DYNA简介隐式算法（ImplicitSolver）LS-DYNA显式非线性动态算法（ExplicitNonlinearDynamics）多种单元积分形式（ComprehensiveElementFormulation）丰富的材料模型（ExtensiveMaterialModels）自动的接触算法（AutomatedContactAlgorithms）PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11Inputschemeandkeywordformatprovidegreatflexibility:LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11Partname:WALLPID=1SECID=1MID=1Partname:BUMPERPID=2SECID=1MID=2Partname:PLATEPID=3SECID=1MID=2Partname:RAILPID=4SECID=1MID=2LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8$PARTTABLE$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8*PARTWALL$pidsecidmideosidhgidgravadpopttmid11100000*PARTBUMPER21200000*PARTPLATE31200000*PARTRAIL41200000$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8*SECTION_SHELL$secidelformshrfnipproptqr/iridicompsetyp121.0002.0000.00.001$t1t2t3t4nloc1.0001.0001.0001.0000$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8*MAT_RIGID$midroeprncouplemalias1.7830E-8207000.00.280000.00.00.00.0$cmocon1con21.0007.0007.000$lco_or_a1a2a3v1v2v30.00.00.00.00.00.0*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY$midroeprsigyetanfailtdel2.7830E-8207000.00.28000210.0000.00.00.0$cplcsslcsrvp0.00.00.00.00.0$eps1eps2eps3eps4eps5eps6eps7eps80.00.033900.040900.050000.151000.301000.701000.91000$es1es2es3es4es5es6es7es8210.000300.000314.000325.000390.000438.000505.000527.000$---+----1----+----2----+----3----+----4----+----5----+----6----+----7----+----8LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11BeamElementFormulation -Hughes-Liuwithcrosssectionintegration(default)

-Belytschko-SchwerResultantBeam -TrussandSpotweldBeam -Belytschko-Schwerfullcrosssectionintegration -Belytschko-SchwerTubularBeamwithcrosssectionintegration -DiscreteBeam/Cable -2DplaneStrainShellBeam -2DAxisymmetricShellElementShellElementFormulation -Hughes-Liu -Belytschko-Tsay(default)

-BCIZTriangularShell -Belytschko-TsayMembrane -S/RHughes-Liu -S/RCo-rotationalHughes-Liu -Belytschko-LeviathanShell -FullyIntegratedBelytschko-TsayMembrane -Belytschko-Wong-Chiang SolidElementFormulation -ConstantStressSolid(default) -FullyIntegratedS/RSolid -FullyIntegrated8NodesSolidwithNodalRotationsThickShellElementFormulationDiscrete(spring/damper),Seatbelt&MassElementFormulationsLS-DYNA简介EQ.1:Hughes-Liu(default)EQ.2:Belytschko-SchwerresultantbeamEQ.3:TrussEQ.4:Belytschko-SchwerfullintegrationEQ.5:Belytschko-SchwertubularbeamEQ.6:Discrete3DbeamEQ.7:2DplanestrainshellEQ.8:2DaxisymmetricshellEQ.9:DeformableSpotweldBeamElementsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11BuiltincrosssectionsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11

EQ.1: Hughes-Liu EQ.2: Belytschko-Tsay EQ.3: BCIZtriangularshell EQ.4: C0triangularshell EQ.5: Belytschko-Tsaymembrane EQ.6: S/RHughesLiu EQ.7: S/Rco-rotationalHughesLiu EQ.8: Belytschko-Leviathan EQ.9: fullyintegratedmembrane EQ.10: Belytschko-Wong-Chiang EQ.11: FastHughes-Liu EQ.12: Planestress2Delement(x-yplane) EQ.13: Planestrain2Delement(x-yplane) EQ.14: AxisymmetricPetrov-Galerkin2Dsolid EQ.15: AxisymmetricGalerkin2Dsolid EQ.16: fullyintegrated(BWC)ShellElementsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11ThecostofshellelementsvarybyformulationLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11EQ.0:1pointcrushablefoamelementEQ.1:Constantstress(default)EQ.2:8pointintegrationwithselectivereducedintegrationEQ.3:14pointintegrationquadratic8-nodebrickEQ.4:5pointintegrationquadratic4-nodetetrahedronEQ.5:1pointALEEQ.6:1pointEulerianEQ.7:1pointEulerianambientEQ.8:AcousticpressureelementEQ.9:1pointcrushablefoamelementEQ.10:1pointtetrahedronEQ.11:1pointALEmulti-materialelementEQ.12:1pointintegrationwithsinglematerialandvoid.SolidElementsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11-在立体单元中存在24种变形模式（Inasolidelementsthereare24deformationmodesincluding:）6rigidbodymodes12hourglassmodes6non-zeroenergymodes-控制零能模式有多种方法：增加材料刚度或增加粘性以增加抵抗变形的力（Thecontrolofthezeroenergymodesisaccomplishedbyaddingeitherviscousorstiffnessbasedforcestoresisttheformationofthesemodesinordertokeepthemfromcorruptingthesolution.）-控制沙漏系数为0.05~0.12(默认为0.1),更大的值又会产生不稳定（Usehourglassparametersbetween.05and.12sincehighervaluescancauseinstabilities(default=0.10).）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11

LS-DYNAvs.970包括有140多种材料模型（comprehend140+MaterialModels）涉及的材料类型有（materialmodelsimplementedare:）

弹性（Elastic(orthotropicelastic,elasticwithviscosity,…)）弹塑性（Elastoplastic(isotropicoranisotropicplasticity,piecewiselinearisotropicplasticity,temperatureandratedependentplasticity,…)）刚性（Rigid）橡胶

(Rubber)泡沫（Foam(viscous,crushable,…)）蜂窝铝（Honeycomb）纤维（Fabric）其他（Others(polymer,composite,concrete,soil,ceramic,…)）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11*MATLS-DYNAhashistoricallyreferencedmaterialsbytypeidentifiers.Belowtheseidentifiersaregivenwiththecorrespondingkeywordname.Thenumbersinbracketsidentifytheelementformulationsforwhichthematerialmodelisimplemented:TYPE1: *MAT_ELASTIC[0,1H,1B,1I,1T,2,3]TYPE2: *MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC[0,2,3]TYPE3: *MAT_PLASTIC_KINEMATIC[0,1H,1I,1T,2,3]TYPE4: *MAT_ELASTIC_PLASTIC_THERMAL[0,2,3]TYPE5: *MAT_SOIL_AND_FOAM[0]TYPE6: *MAT_VISCOELASTIC[0,1H]TYPE7: *MAT_BLATZ-KO_RUBBER[0,2]TYPE8: *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN[0]TYPE9: *MAT_NULL[0,1,2]TYPE10:*MAT_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO[0]TYPE….0-Solids,1H-Hughes-Liubeam,1B-Belytschkoresultantbeam,1I-Belytschkointegratedsolidandtubularbeams,1T-Truss,1D-Discretebeam,1SW-Spotweldbeam,2-Shells,3-Thickshells.4-Specialairbagelement.LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11PlasticbehaviortypesLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11AIRBAG_SINGLE_SURFACEAUTOMATIC_GENERALAUTOMATIC_NODES_TO_SURFACEAUTOMATIC_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACEAUTOMATIC_SINGLE_SURFACEAUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACECONSTRAINT_NODES_TO_SURFACECONSTRAINT_SURFACE_TO_SURFACEDRAWBEADERODING_NODES_TO_SURFACEERODING_SINGLE_SURFACEERODING_SURFACE_TO_SURFACEFORCE_TRANSDUCER_CONSTRAINTFORCE_TRANSDUCER_PENALTYFORMING_NODES_TO_SURFACEFORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACEFORMING_SURFACE_TO_SURFACENODES_TO_SURFACEONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACERIGID_NODES_TO_RIGID_BODYRIGID_BODY_ONE_WAY_TO_RIGID_BODYRIGID_BODY_TWO_WAY_TO_RIGID_BODYSINGLE_EDGESINGLE_SURFACESLIDING_ONLYSLIDING_ONLY_PENALTYSURFACE_TO_SURFACETIEBREAK_NODES_TO_SURFACETIEBREAK_SURFACE_TO_SURFACETIED_NODES_TO_SURFACETIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACETIED_SURFACE_TO_SURFACETIED_SURFACE_TO_SURFACE_FAILURE*CONTACT_LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11Surface-to-Surface(S2S):SURFACE_TO_SURFACE Type3AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE Typea3FORMING_SURFACE_TO_SURFACE Typem3CONSTRAINT_SURFACE_TO_SURFACE Type17ERODING_SURFACE_TO_SURFACE Type14接触力只是在压缩的时候，而拉伸的时候没有（Compressiononly-tensionisnotcarried）滑移通过摩擦在反映（Slidingcanberesistedbyfriction）完全对称，主从面的选择是任意的（Fullysymmetricchoiceofslaveandmastersurfacearbitrary）需要关心接触面的方向除了AUTOMATIC类型（OrientationisnecessaryexceptforAUTOMATIC_type）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11Nodes-to-Surface(N2S):NODES_TO_SURFACE Type5AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE Typea5FORMING_NODES_TO_SURFACE Typem5CONSTRAINT_NODES_TO_SURFACE Type18ERODING_NODES_TO_SURFACE Type16从面是用节点（集）来定义的（Slavesideisdefinedbyindividualnodesinsteadofsegments）不是对称的（Not-symmetricchoiceofslaveandmastersurfacenotarbitrary）通常，网格粗糙的一边应该定义成主面（Generally,thecoarsersideshouldbethemastersurface）点对面的接触是效率非常快（Nodes-to-surfacecontactiscomputationallyefficient）特别适合与点对刚性体的接触（Especiallysuitedtonodescontactingrigidbodies）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11SingleSurface:AIRBAG_SINGLE_SURFACE Typea13AUTOMATIC_GENERAL Type26AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE Type13ERODING_SINGLE_SURFACE Type15SINGLE_SURFACE Type4与面对面接触相同，除了（Sameassurface-to-surfaceexceptthat：）总是考虑厚度偏置（Thicknessoffsetsarealwaysused）不需考虑接触面的方向除了SINGLE_SURFACE

(SegmentorientationisnotneededexceptforSINGLE_SURFACE)接触力只有通过定义力的传感器才能得到（Reactionforcescanbeobtainedonlybyusingforcetransducerdefinitions）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11InitialContactInterpenetrations(Interference)Causemajordifficulties通常很快就会导致不稳定（Calculationmaygounstablewith250timesteps---oftensooner.）LS-DYNAtriestocorrectgeometry在第一步DYNA会将穿透的节点移动到接触面上来（Movesinterpenetratingnodestocontactsurfaceonfirstcycle.）但是这样又会导致与其他面穿透（Movementmaycauseinterpenetrationsinanothercontactsurface.）SomegeometriescannotbeeasilymodifiedLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11InitialInterference

Modelingerrorsdetected

undetectedInputerrorsCoarsemeshesShelledgesclosertobrickelementsthan1/2shellthicknessInterpenetrationscanleadtoincorrectresultsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11Edge-to-edgecontactisnotdetected!LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11

在LS-DYNA的每步迭代算法中，都要通过所有的单元来确定最小的时间步长（DuringthesolutionLS-Dynaloopthroughtheelementsanddetermineanewtimestepsizebytakingtheminimumvalueoverallelements.）

whereNisthenumberofelements.

为了计算的稳定性，取一个放到系数为0.9（默认值）或更小的值。所以如果想减少计算时间，那就要让时间步长尽可能的大（Forstabilityreasonsthescalefactoristypicallysettoavalueof.90(default)orsomesmallervalue.Todecreasesolutiontimewedesiretousethelargepossiblestabletimestepsize.）TimestepLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11临界时间步长Critical(orminimum)timestepsize:whereCisthesoundwavepropagationspeedin3D-continuum:TimestepLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11ExamplesofSoundSpeedsInDifferentMaterials

AIR 331m/s WATER 1478m/s STEEL 5240m/s ALUMINUM 5328m/s TITANIUM 5220m/s PLEXIGLASS 2598m/s

在普通的汽车用金属铝和钢中声波的传播速度为5000毫米/秒左右（Theacousticwavespeedforthe2mostcommonautomotivemetals,steelandaluminum,areintherangeof5000.m/s.）

在两种材料中，单元的特征长度为5毫米则它的时间步长为1微妙，这通常作为工业标准（Inbothmaterials,anelementcharacteristiclengthofabout5.mmwillleadtoatimestepof1.µs,frequentlysetasastandardintheindustry.）

由于时间步长的原因，我们控制单元的最小长度为5毫米，因此车模型的几何通常在有限元中不能完全反映出来。这样在如今的车模型中就会有很大的局限性：要求的最小单元尺寸经常与详细几何会有冲突。（Sinceareasonabletimestepleadstoaminimumsidelengthof5.mm,carbodygeometriescanusuallynotberespectedcompletelybyFE.Thisisthemostseriouslimitationofvehiclemodelstoday:therequiredminimumelementsizeoftenpreventsgeometricallydetailedand/orsufficientlydensemesh.）LS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11*DATABASE_OPTIONOptionsforASCIIfilesinclude(ifthefileisnotspecifieditwillnotbecreated): SECFORC Crosssectionforces RWFORC Wallforces NODOUT Nodalpointdata ELOUT Elementdata GLSTAT Globaldata SSSTAT Subsystemdata DEFORC Discreteelements MATSUM Materialenergies NCFORC Nodalinterfaceforces RCFORC Resultantinterfaceforces DEFGEO Deformedgeometryfile SPCFORC SPCreactionforces SWFORC Nodalconstraintreactionforces(spotweldsandrivets) ABSTAT Airbagstatistics NODFOR Nodalforcegroups BNDOUT Boundaryconditionforcesandenergy RBDOUT Rigidbodydata GCEOUT Geometriccontactentities SLEOUT Slidinginterfaceenergy JNTFORC Jointforcefile SBTOUT Seatbeltoutputfile AVSFLT AVSdatabase MOVIE MOVIE MPGS MPGS TRHIST Tracerparticlehistoryinformation TPRINT ThermaloutputLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11*DATABASE_BINARY_OPTIONOptionsforbinaryoutputfileswiththedefaultnamesgiveninclude: D3PLOT Dtforcompleteoutputstates D3THDT Dtfortimehistorydataofelementsubsets D3DRLF Dynamicrelaxationdatabase D3DUMP Binaryoutputrestartfiles RUNRSF Binaryoutputrestartfile INTFOR Dtforoutputofcontactinterfacedata XTFILE FlagtospecifyoutputofextratimehistorydataLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11创建模型要确保单位的统一（TheunitsinLS-DYNAmustbeconsistent.）Onewayoftestingwhetherasetofunitsisconsistentistocheckthat: 1(forceunit)=1(massunit)x1(accelerationunit) andthat1(accelerationunit)=1(lengthunit)/[1(timeunit)]2Examplesofsetsofconsistentunitsare:UnitsLS-DYNA简介PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：目前趋势是创建同一个模型用于3个主要的碰撞模拟分析（前碰、侧碰和后碰）；有限元网格是用自动网格划分工具生成的，并且把各个部件装配起来；车身大约包括20～25平方米的钣金覆盖件；MeshSizeNumberofshellElementsNormalSize10*10200,000Weldnuggetsize5*5800,000averagethickness1*120,000,000PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：碰撞仿真网格划分标准：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：CAD数据：数据类型有：UG,CATIA,PRO-E,IGES等等；提供厚度信息和材料列表；几何处理；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：基于翻边的网格划分方法：在汽车结构中，焊点基本上都是分布在翻边上；焊点数据的提供通常是晚于部件数据；在翻边上划分网格的方法可以解决这个问题：这种方法可以在所有的翻边生成相同的网格；在翻边的宽度方向上有2或3个单元；这种方法可以让我们在预先不知道焊点位置的时候就开始划分网格；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：碰撞区域的网格划分：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：发动机的建模：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：碰撞模拟分析中车身上一些重要部件：

Bumper;Foam;Rail(UpperandLower);

Subframe;EngineandTransmission;EngineMount;Rocker;Dash;A,BandCPillar;Floor;Tunnelandsoon;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：碰撞模拟分析中车身上一些封闭件(closure)：

Hood;Fender;Door;Windshield;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：车身的装配:(DynaBased)

Spotweld:onthecar,thereareabout5000spotweld;NodalRigidBody(RBE2):usuallyusedincarcrashsimulation;

SpotweldBeams(onnodesoronelements):itistheflexiblespotweld;Solid(onnodesoronelements):itisalsoaflexiblespotweld;Constrainedspotweld:itcanonlylinktwonodes,alsoarigidlink;

Enginemount:ItcanbeusedRigidlink;TheSpringcanalsobeused;

*CONSTRAINED_RIGID_BODIEScanbeusedtolinktworigidbodies;*CONSTRAINED_JOINT_optioncanbeusedtolinkhoodordoorwiththecarbody;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：创建车身的材料以及车身的单元特性：

材料的参数和部件的厚度由用户提供；

LS-DYNA拥有丰富的材料模型库；不同的材料（钢材，塑料，泡沫，胶，焊点，玻璃等等）选用LS-DYNA中不同的材料模型；不同的单元类型（壳单元，立体单元，梁单元，弹簧单元等等）选用LS-DYNA中不同的积分方式；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料特性：金属材料的单向拉伸试验：弹性阶段屈服阶段塑性硬化阶段颈缩阶段断裂hardeningruptureonsetofneckingPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料的硬化模型：理想弹塑性模型：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料的硬化模型：双线性模型：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料的硬化模型：指数形式模型：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料的硬化模型：分段线性模型：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：金属材料模型的定义方法：单向拉伸试验中得到的是力-变形曲线；

LS-DYNA材料模型库中包含了所有前述的硬化形式的材料模型；定义材料的硬化曲线时是需要材料的有效应力-有效应变曲线；由力-变形曲线得到有效应力-有效应变曲线的步骤：生成工程应力-工程应变曲线；生成真实应力-真实应变曲线；把弹性应变从真实应力-真实应变曲线中以去；最终得到有效应力-有效应变曲线；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：生成有效应力-有效应变曲线的方法：生成工程应力-工程应变曲线：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：生成有效应力-有效应变曲线的方法：生成真实应力-真实应变曲线：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：生成有效应力-有效应变曲线的方法：从真实应力-真实应变曲线中移去弹性应变：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：生成有效应力-有效应变曲线的方法：最终得到有效应力-有效应变曲线：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：考虑材料应变率的影响：金属材料的应变率将会影响材料的塑性行为；因此在高速碰撞中考虑材料应变率的影响对预测材料的结构特性非常重要；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：LS-DYNA材料库中考虑应变率的方法：

Cowper-SymondsPower-LawYield-StressscaledasafunctionofStrainRateAtableinputrelatinghardeningcurvestothestrainratesPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：LS-DYNA材料库中考虑应变率的方法：

Cowper-SymondsPower-LawPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：LS-DYNA材料库中考虑应变率的方法：

Yield-StressscaledasafunctionofStrainRate：它是一条曲线，定义的是屈服应力缩放系数与应变率的关系曲线：1.0YieldstressscalingfactorPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：LS-DYNA材料库中考虑应变率的方法：

Atableinputrelatinghardeningcurvestothestrainrates：给定一系列在不同应变率下的有效应力-有效应变曲线。PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：选择LS-DYNA模型定义方法：弹性模量和泊松比屈服极限切向模量应变率常数，考虑应变率的影响以曲线的形式定义材料的有效应力-有效应变曲线，或以表格的形式考虑应变率的影响以8个有效应力-有效应变曲线上的点来定义材料的分段线性硬化特性屈服应力缩放系数与应变率关系曲线PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：悬挂（Suspension）

创建多刚体的悬挂模型:可以利用eta/VPG来创建这类悬挂模型；也可以把悬挂的ADAMS模型转换为DYNA模型；对于碰撞有限元模型中的悬挂模型，可以仅仅考虑各个部件之间的铰接关系，而不考虑橡胶衬套的影响；悬挂中的各部件可以考虑为刚性（赋予刚性材料）；对于前后悬挂，分别需要调整各个部件之间的质量；还需要分别用一个载荷来测试悬挂的连接关系；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：悬挂（Suspension）

创建用壳单元或立体单元模拟的悬挂模型:需要有悬挂的CAD数据模型；将CAD数模划分为壳单元或立体单元网格；可以赋予柔性材料或刚性材料；可以仅仅考虑各个部件之间的铰接关系，而不考虑橡胶衬套的影响；对于前后悬挂，分别需要调整各个部件之间的质量；还需要分别用一个载荷来测试悬挂的连接关系；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：轮胎（Tire）

可以用VPG轮胎,用安全气囊的方式模拟轮胎的胎压；可以同时产生4个轮胎；产生的时候，如右图，输入轮胎的尺寸参数后轮胎可自动产生；同时轮胎与轮轴之间的铰接关系也自动产生；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：创建车身、悬挂、轮胎之间的连接关系

悬挂与车身之间的连接关系有铰接和固接；铰接需要用*CONSTRAINED_JOINT_option；固接可以用*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY或用*CONSTRAINED_EXTRA_NODE(SET);悬挂与轮胎之间可以用*CONSTRAINED_JOINT_option;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：检查整车的质量和质心位置碰撞模拟分析中，保证整车有限元模型的质量和质心位置与物理车一致是非常重要的；TotalvehicleMass1200kgDetailCarBody200kg100,000elements100,000nodes2gram/nodePowertrain200kgmeshedChassis&Wheels200kgmeshedComponents600kgAddedMassFor600masspoints:1kg/nodePengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：创建质量块单元以配重质量块单元可以用于代替非结构质量；质量块单元所在的位置位于所代替部件的质心位置；质量块代替的部件一般有：电池油漆备用胎内饰件仪表板上的部件油箱等等RadiatorSpeakersPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：创建质量块单元的方法点对点的方式（Node-to-Node):被忽略的部件比较小，并且该部件的质心接近于它所连接的部件；会影响局部应力的分布以及变形模态；RBE的方式被忽略部件的质心离它所连接的部件比较远；若被忽略的部件有多个连接点的时候，可以用RBE2把这些点连接起来；也会影响局部的应力；SeatsFuelTankDoorsHoodPengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：创建整车模型的接触：

经常定义一个自接触(*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE或者*CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL),仅仅需要定义从面；如果计算过程中发现局部接触失效，需要额外定义(通常*CONTACT_AUTOMATIC_NODE_TO_SUFACE或者*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE);如果需要定义胶和车体，定义*CONTACT_TIED_SURFACE_TO_SURFACE；如果计算过程中有负体积发生：创建nullshell单元并且把它单独定义在一个自接触中；利用*CONTACT_INERTIOR来控制负体积;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的建模汽车碰撞仿真的建模：按装配进行重排号按照装配对单元、节点进行重排号（白车身、封闭件、悬挂、座椅、假人、动力系统等等；同时对材料，单元特性以及部件号也重排号；可以用关键字*INCLUDE对整车模型进行管理主文件白车身封闭件悬挂座椅假人动力系统发动机舱地板…………发动机盖前门……前悬挂后悬挂……前排座椅后排座椅……假人一假人二…………………………………………PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11建议（Recommendations）划分网格时要保证面与面之间有足够的间隙（Adequatelyoffsetadjacentsurfacestoaccountforpartthicknessduringthemeshgenerationphase）保证高质量的网格（Uniformmeshesorconsistentlyrefinedmeshescanimproveresults）小心定义壳单元和梁单元的尺寸，特别对于刚性体（Beverycarefulwhendefiningthicknessonshellandbeamsectiondefinitions---especiallyforrigidbodies）使用厚度偏置（Usethicknessoffsetsalways）避免尖角（Avoidsharpcorners）对于柔性体之间单向接触网格粗糙面应该定义成主面（Foraonewaytreatmentbetweendeformablebodiesmakethemastersidetheonewiththecoarsermesh）对于柔性体与刚体之间的单向接触刚性体应该定义成主面（Foraonewaytreatmentbetweenarigidanddeformablebodymakethemastersidetherigidbody）尽量定义带有AUTOMATIC选项的接触算法（Automaticcontactinputsimplifiestheproblemdefinitionandisgenerallymorereliable）不要重复定义接触（Donotdoublydefinecontact）ASCII文件RCFORC和SLEOUT包含有接触力和其他有用的信息（ASCIIoutputfilesRCFORC&SLEOUTcontainforceandusefulcontactinformation）如果必要缩放接触厚度（Scalebackpartthicknessifnecessary(scalinga1.5mmthicknessto.75mmshouldnotcauseproblems;scalingto.075mmmight)）警告：如果厚度很薄，有可能会使接触失效（Warning:ifapartistoothincontactfailurewillprobablyoccur）Overall:

高质量网格（goodmeshquality）

避免初始穿透（avoidinitialpenetration）汽车碰撞仿真的建模PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：前碰撞模拟分析用的刚性墙：物理车试验时法规规定的刚性墙要求：壁障由钢筋混凝土制成；壁障前部宽度不小于3m，高度不小于1.5m，厚度应保证其质量不低于70000kg；壁障前表面应铅垂，其法线应与车辆直线行驶方向成00或300夹角；壁障表面应覆以2cm厚状态良好的胶合板；壁障固定在地面上，以限制其位移；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：前碰撞模拟分析用的刚性墙：前碰撞有限元模拟分析用的刚性墙定义方法：刚性墙可以用关键字*RIGIDWALL_GEOMETRIC_FLAT或*RIGIDWALL_PLANAR;定义的时候只需要定义一个向量N；刚性墙可以是有限大，也可以是无限大的；刚性墙可以是固定的，也可以是移动的（对于前碰是固定的）；PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：障碍物所用的蜂窝铝材料：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：蜂窝铝材料的LS-DYNA模型：LS-DYNA中提供两种蜂窝铝材料模型:MAT_HONEYCOMB;MAT_MODIFIED_HONEYCOMB;PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：欧洲40％偏置前碰撞模拟分析用的障碍物：物理车试验时法规规定的障碍物要求：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：欧洲40％偏置前碰撞模拟分析用的障碍物：物理车试验时法规规定的障碍物上蜂窝铝特性要求：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：欧洲40％偏置前碰撞模拟分析用的障碍物：物理车试验时法规规定的障碍物上蜂窝铝特性测试：PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：欧洲40％偏置前碰撞模拟分析用的障碍物：障碍物有限元模型蜂窝铝特性的标定：RigidPlateBumperspecimen(150×150×50mm)TestVelocity82.5mm/s165mm/s1000mm/sSpecimenArea150mm×150mmRegulationCrushstrength:Minimum:1.54MPa,Maximum:1.711MPaMax.ContactForce38.158KN38.275KN39.265KNCrushstrength1.6959MPa1.701MPa1.745MPa0.882%0.584%1.98%PengBingyuan,ETA-China,2006.4.11汽车碰撞仿真的障碍物模型汽车碰撞仿真的障碍物模型：欧洲40％偏置前碰撞模拟分析用的障碍物：障碍物有限元模型材料模型：ComponentNameMaterialModelBumper*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB(126)MainBlock*MAT_MODIFIED_HONEYCOMB(126)Bumperfaceshell*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(24)Mainblockfaceshell*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY(24)Mounting-Plate*RI