基于ANSYSLSDYNA的轿车车门碰撞仿真模拟本科毕业论文

基于ANSYS/LS-DYN的轿车车门碰撞仿真模拟摘要碰撞问题属于冲击动力学的研究范畴，其过程具有高速、高温、高压等基 本特性。因为加载速率高、变形大、接触物体间的侵彻贯入作用，在高速碰撞过 程中材料内呈现明显的应变率及绝热温升效应，甚至发生相变。高速汽车碰撞对车身结构带来的破坏一直受到交通部门的关注， 数值模拟因 其经济性和高效性日益成为碰撞问题的重要研究手段。 它可以节省试验的巨大投 入，方便地描述和动态显示问题的整个过程。 本文运用ANSYS/LS-DYN对汽车车 门被撞进行了动力学仿真， 讨论了多种速度和碰撞角度情形下轿车门被碰撞的情 况，对仿真中的各种情况进行的初步分析并对车门设计提出了一些直观建议。关键词：有限元方法；ANSYS/LS-DYN；碰撞仿真AbstractCollision problem belongs to the research areas of impact dynamics,the basic characteristic of its process meansto be high speed , high voltage and high temperature. Because of the load of high speed, large deformation, effect of penetration between objects, material shows obvious strain rate and adiabatic with temperature rising, even phase changing in the process of high-speed collision.That high-speed collision between automobile damages the body structure is concerned by the traffic departments for a long time. Numerical simulation with the character of economyand efficiency becomes more and more important research method for collision problem. In this paper, a vehicle will run in a door at certain speed and angle, that is based on the analysis ability of ANSYS/LS-DYNA.Keywords: Finite element method; ANSYS/LS-DYNA; Collision simulation毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。期：作者签名：日指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。导师签名:日期： 年 月作者签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度优良中及格不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力优良中及格不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性优良中及格不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况优良中及格不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V）指导教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日吉林大学本科生毕业论文教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况优良中及格不及格3、学生答辩过程中的精神状态优良中及格不及格二、论文（设计）质量1论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格三、论文（设计）水平1论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意?优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格评定成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年 月日教学系意见：系主任：（签名）年 月 日第1章 绪言X J 1 4|J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J第 2 章.ANSYS/LS-DYN简介,13第3章问题描述与建模,53.1 分析过程规划,53.2 建立几何模型,63.3划分有限元网格,113.4 建立 PART,113.5 定义接触信息,123.6定义边界条件及约束,133.7定义保险杠的初始速度,133.8施加保险杠面载何,14第4章求角经J r1 4、川丁 j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j)174.1 求解设置,174.2 输出关键字文件 Collision.K ,184.3 向 LS-DYNA求解器递交求解,19第 5 章结果分析,215.1 观察碰撞过程,215.2观察车门内的等效应力分布,225.3观察速度值改变后的碰撞结果,245.4观察速度方向改变后的碰撞结果,245.5纟口 ,27参考文献,30吉林大学本科生毕业论文第1章.绪言1.1工程背景及选题意义现代工业的进步，得益于计算机技术的突飞猛进。因此，由 20世纪进入21世纪，引导人类科技再次进步的将是与计算机相结 合的科技。而计算机软件的应用与发展也得力于计算机技术的进 步：将计算机软件用于产品的开发、设计、分析与制造，已成为 近代工业提高竞争力的主要方法。计算机辅助设计(Computer-aided Design，CAD，即使用计算机软件直接从事图 形的绘制与结构体的设计；计算机辅助工程(Computer-aidedEngineering ，CAE是用工程上分析的过程及计算方法来辅助工 程师做设计后的分析或进行同步工程；而计算机辅助制造(Computer-aided Manufacturing ，CAM 则是直接用计算机来辅 助操纵各式各样的精密工具机器以制造不同的零部件。国内最早 引进的计算机辅助软件是 CAD然后是CAM最后是CAECAE的技术种类很多，其中包括有限元法，边界元法，有限差 分法等。每一种方法都有其应用领域，而有限元法应用的领域越 来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、 电路学、电磁学等领域，而随着其越来越多的发展，加上其结合 了不同的领域，像流体与结构力学的耦合，电路学与电磁学的耦 合，使得CAE的发展越来越迅速，应用也越来也广泛。碰撞问题属于冲击动力学的研究范畴，其过程具有高速、高 温、高压等基本特性。因为加载速率高、变形大、接触物体间的侵彻贯入作用，在高速碰撞过程中材料内呈现明显的应变率及绝 热温升效应，甚至发生相变。高速汽车碰撞对车身结构带来的破 坏一直受到交通部门的关注，数值模拟因其经济性和高效性日益 成为碰撞问题的重要研究手段。它可以节省试验的巨大投入，方 便地描述和动态显示问题的整个过程。本文即是应用数值仿真软 件ANSYS/LS-DYNA寸汽车碰撞中车门的变形仿真，通过对不同速 度不同碰撞角度下的碰撞仿真，为车门设计提供初步的建议。1.2文章的主要内容和结构我们在第二章主要介绍了仿真软件 ANSYS/LS-DYNAt点介绍 了它处理问题的特点和所适用的求解问题。在第三章和第四章， 我们主要介绍了应用ANSYS进行车门建模和用LS-DYNA行碰撞 仿真；在第五章我们分析了多种情形下的仿真结果，并给出了初 步分析结论。7第 2 章 ANSYS/LS-DYNA 简介2、4ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的 大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司 之一的美国ANSYS开发，它能与多数 CAD软件接口，实现数据的 共享和 交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级 CAE工具之一。ANSYS是 一个应用非常广泛的工程分析软件包。ANSY歎件在工程上的应用 相当广泛，包括机械、电机、土木、航空及电子等不同领域，而 且在这些方面的应用都能达到相当程度的可靠度，颇获各界好评。 计算机辅助工程分析是利用有限元法及数值分析的结合来完成分 析工作的。使用该软件可以降低设计成本，缩短设计时间。LS-DYNA是分析功能最全面的显示分析程序，其前身为美国Lawrenee Livermore 国家实验室 J.O.Hallquist 博士于 1976 年主 持开发完成的DYNA?序系列，DYNA?序时域积分采用显示的中心 差分格式，可用于分析爆炸与高速冲击等过程中的大变形动力响 应问题，当时开发DYN/程序的主要目的是为武器设计提供分析工 具。1988 年，J.O.Hallquist 创建 LSTC公司，推出 LS-DYNAg序 系列，主要包括显示的LS-DYNA2DLS-DYNA3D隐式的LS-NIKE2D LS-NIKE3D、热分析 LS-TOPAZ2D LS-TOPA3D前后处理程序 LS-MAZE LS-ORION LS-INGRID LS-TAURU等商用程序，逐步规 范和完善程序的分析功能，增加了汽车安全分析、金属板的冲压 成形分析以及流固耦合分析等功能，使得LS-DYNA程序系列的应用范围不断得到扩大，并建立起完备的软件质量保证体系。LS-DYNA是功能齐全的非线性分析程序包，可以处理各类复杂 的非线性问题。其显示算法特别适合于分析各类冲击、爆炸、结 构撞击等动态非线性问题，同时还可以求解热传导、流体动力学 以及流固耦合问题。其算法特点是以 Lagrange为主，兼有ALE和 Euler算法；以显示求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为 主，兼有热分析、流固耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有 静力分析功能。在LS-DYNA发展历程中，与ANSYS勺合作是具有重要意义的 事件之一。1996年，LSTC公司和ANSY公司开始进行技术和市场 方面的合作，共同推出了 ANSYS/LS-DYN的第一个版本5.5 （版本 号同ANSYSK本号）。ANSYS/LS-DYN结合了 ANSY矫面的前后处 理功能与LS-DYNA的求解器强大的分析能力。对于熟悉ANSYSS本操作的用户而言，使用 ANSYS/LS-DYN来处理各种高度非线性 的动态问题是一个很理想的选择。目前，ANSYS/LS-DYN的最新版 本是12.0，其前处理器支持LS-DYNA求解器971版本的大部分分 析功能。LS-DYNA! 20世纪90年代引入国内以来，迅速在相关的工作 领域中得到广泛的应用，目前该程序已成为国内科研和工程人员 开展数值实验以及仿真分析的强有力工具之一。LSTC公司和ANSYS公司合作推出的 ANSYS/LS-DYNA吉合了 LS-DYNAS大的显示动力分析能力与ANSYS?便易用的前后处理功 能，对于熟悉ANSYS吉构分析的工程人员，ANSYS/LS-DYN无疑是 最容易使用的显示分析工具。第3章.问题描述与建模3.1分析过程规划如图1所示，车门高1.2m，宽1m最厚处为0.05m，内材质 为空，保险杠截面为0.1m的正方形，取长为1m略有弧度。保险 杠最底部高出车门下边缘0.25m。保险杠将以一定的速度和不同的 角度碰撞车门，本论文即分析这一动力过程。图1保险杠碰撞车门示意图车门采用Thin Shell 163壳单元划分网格，为节省机时，车门上的玻璃材质将不予考虑。保险杠模型采用三维实体显示单元 SOLID164进行网格化分。车门采用双线性弹塑性模型，因为本文 主要分析碰撞过程中车门的变化，故保险杠的材料模型选择为刚 体。为了接近事实，在车门前端上下两点处约束所有自由度，整个车门的边缘施加固定 Z向约束边界条件。保险杠与车门之间的接 触采用 *contact_surface_to_surface_auTOM触算C。整个 建模过程采用kg-m-s国际单位制。计算结束时间取0.05s，每隔0.001s输出一个结果数据文件。进入ANSYS/LS-DYNA勺程序界面后，通过菜单项UtilityMen uFileCha nge Job name,指定分析的工作名称为Bumper toDoor；通过菜单项 Utility Men uFileCha nge Title，指定图形显示标题为 Analysis of Collision。3.2建立几何模型3.2.1定义单元类型选择菜单项 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit /Delete，在弹出的 Element Type对话框中，单击 ADD按钮，出 现Library of Element Types对话框，如图2所示，定义两种所需单元类型。3.2.2定义材料模型及实常数选择 菜单项 Main MenuPreprocessorMaterial Props Material Models ，出现 Define Material Model Behavior 窗口， 如图3所示定义两种材料模型，材料 2密度为7.8E3,杨氏模量为 2.07E11,泊松比为0.25 ;材料1参数如图4所示。图2定义单元类型图3定义材料模型上述材料模型1和2将在后面的建模操作中分别用于车门以 及保险杠的单元网格划分。吉林大学本科生毕业论文图4车门材料各项参数实常数的定义只需针对Shell 163单元，输入壳单元的厚度为0.0025，剪切参数为5/6，点击OK按钮关闭对话框。323建立车门几何模型在ANSYS勺命令窗口输入以下命令即可建立车门的模型:/PREP7K,K,2,1K,3,1,0.6K,4,1.2K,5,0.4,1.1L, 1,2L,2,3LARC,3,4,5L,4,1K,6,0.05K,8,0.6,0.05LARC,4,6,7LARC,6,2,8L, 1,6A,1,2,3,4AL,5,6,2,3AL,4,7,5AL,1,7,6K,9,0.05,0.6K,10,0.95,0.6K,11,0.05,1.12K,12,0.4,1.05L, 9,10L,11,9LARC,10,11,12AL,8,10,9K,13,0.1L, 1,13VDRAG,5,11ASBA,1,5ASBV,2,1L,9,18L,10,17L,11,19AL,9,12,20,149吉林大学本科生毕业论文AL,8,12,18,13AL,10,13,19,143.2.4建立保险杠几何模型首先旋转坐标系，在命令窗口输入：WPROTA,-90。然后通过 选择菜单项 Main MenuPreprocessorModeling Create AreasRectangleBy Dimensions，在弹出的 Create Rectangle by Dimensions对话框中输入保险杠截面尺寸，如图 6所示，单击OK 按钮。在命令窗口中输入WPROTA,90将坐标系归于原来位置。依 旧采取命令流的方式建立保险杠模型：图5建立保险杠截面K,21,0.5,0.35,0.15K,22,1,0.35,0.2LARC,20,22,21VDRAG,7,223.3划分有限元网格分别采用壳单元SHELL16：及显示体单元S0LID164寸车门和保 险杠进行网格的划分，按如下的操作步骤进行：选择菜单项 Main MenuPreprocessorMeshingSize Cntrls ManualSizeLinesPicked Lines，规定各线段的等分数：L1、L6、L24、L25、L27 及 L29 等分 50 份；L2等分30份；L4及L5等分60份；L3、L9、L19、L10 及 L20 等分 20 份；L8及L18等分40份；L15-L17、L21、L23、L26、L28、L30 等分 5 份。通过选择菜单项 Main MenuPreprocessorMeshingMeshing Attributes 指定网格属性：对车门采用SHELL163单元，材料类型 1及实常数1划分自由网格，保险杠采用 SOLID164单元，材料类 型2进行映射网格划分。通过菜单项 Main MenuPreprocessor Mesh in gMeshTool划分后的有限元模型如图 6所示。3.4 建立 PART通过菜单项 Main MenuPreprocessorLS-DYNAOptionsParts Options，弹出 Parts Data Written for LS-DYNA 对话框，选中 Create all parts 复选框，单击 OK按钮，弹出建立的 PART信息 列表文本窗口，如图7所示，关闭它，返回图形用户界面。37ANSYSHAY .2 3Anlysiv of Cal Llblqh,图6保险杠碰撞车门的有限元模型3.5定义接触信息3.5.1定义接触类型和接触参数。图7 PART列表选择 菜单项 Main MenuPreprocessorLS-DYNA Options Con tactDefi ne Con tact ，弹出 Con tact Parameter Defin iti ons 对话框，在 Con tact Type 中选择 Surface to Surf 和 Automatic , 即面一面自动接触算法 ASTS采用默认参数。3.5.2定义接触部件。以上参数设置完成后，单击 Co ntact Parameter Defini tio ns 对话框的OK按钮，弹出Con tact Optio ns对话框，接触部件和目 标面部件号分别选择2和1，单击OK按钮关闭该对话框。3.6定义边界条件及约束选择 菜单项 Main MenuPreprocessorLS-DYNA Options Con strai ntsApply On Lin es，在弹出的对象拾取对话框中选择L1-L4，出现 Apply U，ROT on Nodes 对话框，在 DOFs to be constrained 栏中选择UZ然后单击OK按钮。选择 菜单项 Main MenuPreprocessorLS-DYNA Options ConstraintsApplyOn Nodes，在弹出的对象拾取对话框中单击 车门最前部的上下两点，出现 Apply U，ROT on Nodes对话框， 在 DOFs to be constrained 栏中选择 ALL DOF 然后单击 OK 按钮。3.7定义保险杠的初始速度通过选择菜单项 Main MenuPreprocessorLS-DYNA Optionslnitial VelocityOn PartsW/Nodal Rotate ，弹出Gen erate Velocity 对话框，如图8所示。在Part列表中选择 Part2，即保险杠，在 Translational Velocity一栏中，输入保险杠在总体直角坐标系下的各个初始速度分量，VZ填-20 （单位:m/s）,其余参数不填写,单击0K按钮关闭该对话框,完成保险杠初始速度的施加.图8施加保险杠的初始速度3.8施加保险杠面载荷计算结果表明，保险杠仅有初速度是不够的，碰撞过程中会 发生反弹。实际情形中，车体会在保险杠的内侧面提供向前的压 力，阻止碰撞瞬间的高压强带来的反弹。通过菜单项 Utility Menu ParametersArray Parameters Define/Edit, 定义名称为TIME和FORC的两个数组：NO.TIMEFORCE105000020.0550000表1时间-载荷数组通过菜单项 Utility Men uSelectE ntities ，弹出 Select Entities 对话框，选择类型设为Areas，选中A9,然后选择Nodes, Attached to Areas，All ，最后选择 Elements，Attached to Nodes, 建立由所选 Elements组成的组元(Component),定义名称为Load。Specify Loads for LSDTSA ExplicitEDUJAIlJ Loa.diOpli ons for LS-DtMA Expli aitLoidL Op I ionsTdd LoiiTLoa.d LibelsFEESRBUX RE UY RBUZRBVXsyetem/Surface KeyComponent name or FAT number:F u4t w :f qf筍 vJiUe e iP al- in* I er naiTie for 4al& values :Analysis type for lad curves:|ljOai* Tr 0X1=14111 enly r- Dynami c relaxTr ana an.d DTiamTo use gn exi stinff laadl curve:eurvt IDSc aI o- f-actor or 1 & ad curv*BTIME Birth timaActivate imposeDTIME Death timft-Reaove imposed.OKApplyC-ancel.Help图9面载荷的施加通过菜单项 Ma in Me nuLS-DYNA Optio nsLoadi ng Optio ns Specify Loads,施加如图9所示的面载荷。上述操作完成后,选择菜单项Main MenuFinish，退出前处理第4章.求解通过菜单项Main MenuSolution进入求解器。在求解之前，还需要对相关的求解以及输出选项进行一系列设置4.1求解设置4.1.1设置步长因子选择菜单项 Main MenuSolutionTime ControlsTime StepCtrls，弹出 Specify Time Step Scali ng For LS-DYNA Explict 对话框，在Time Step Scale factor域中输入0.6，如图10所示, 单击OK按钮，关闭该对话框。4.1.2设置求解时间选择菜单项Mai n Me nuSolutio nTime Con trolsSolution对话框，输入Time，弹出 Solution Time for LS-DYNA Explict计算时间为0.05 （单位：s），如图11所示图10设置时间步长因子图11求解结束时间4.1.3设置结果文件输出步数选择 菜单项 Main MenuSolutionOutput ControlsFile Output FreqNumber of Steps，弹出 Specify File Output Frequency对话框，在EDRST一栏中输入结果文件的输出步数为 50,在EDHTIME一栏中输入1,单击OK按钮关闭该对话框。4.1.4设置结果文件输出类型选择菜单项 Mani Men uSolutio nOutput Con trolsOutputFile Types，在 Specify Output File Types for LS-DYNA 对话 框中选择Add和LS-DYNA即在计算时输出用于LS-PREPOS后处 理的结果文件，单击 OK按钮关闭该对话框。4.2输出关键字文件Collision.K上述选项设置完成后，选择菜单项Main MenuSolutionWriteJobname.k，输出模型关键字文件 Collision.K到工作目录。上述工作完成后，通过菜单项 Utility Me nuFileExit推出ANSYS4.3向LS-DYNA求解器递交求解通过 Windows系统的“开始”按钮，选择 ANSYS程序组中的 Con figure ANSYS Products,进入 ANSYS勺启动窗口。在 Launch选项卡中，Simulation Environment 栏选择 LS-DYNA Solver , License 选择 ANSYS LS-DYNA转到 File Management 选项卡，Working Directory 设定为关 键字文件所在的目录，Keyword In put File指向工作目录下的Collisio n.K 。转向Customization 选项卡，在 Memory栏中输入100000000, 单击窗口左下方的 Run按钮，即可将关键字文件递交 LS-DYNA求 解程序并开始计算。在求解过程中，可以通过程序的输出窗口观察单元失效的过 程，米用SW2选择开关可以获取实时信息。如图12所示为计算碰撞过程中单元失效时屏幕输出窗口的显 示内容。求解完成后，屏幕输出窗口提示 Normal Termination !，按任 意键推出。皿 AHSTS Prodnct Launcher_ Z XnodenLLnbert36269deletedtine4.61910Et8isolid elenent 132219failed attine4.619105*01nodsnunberN42619deletedtine4.65UBEteisolid elenent t337S5failed attin4.650e8E*mnodenLLJibert42886deletedtine札制44WnodenLLnbert36255deletedtine4.679445*01nodenunbepI4288? deletedtine4*6?M4E*mnodenunber13621deletedtine4.67944E*fllsolidelerteott32819Failed attine4.6?9HEt8inodenLLnbert36fKdeletedtine札韶H2E咆nodeown her143668deletedtine4.68D42E4Usolid elenentr32980 failed attine4.68B4SE*aion deOLLrabert43783deletedtine4,60431nodenLLnbert36957 deLetedtine4.68434E刑solid, elerremt t33612 failed attine4.68434E*fllnodeviunbBPi43590 deletedtin4.68532EteinodeowrabBrt36904deletedtine4G8532Et&Lnodemuunbert36 90Sdeletedtine4.68532Et0inodenunbETt43629deletedtine4.685325*01solil elenenti32979failed atline4.6e532E*eisolid elenent 132195failed attinenoden ull hert36955deletedtine.?2i54E*8inodenunbert43VKdeletedtine4.72154E*81solid elenenti32S88failed attine4.72154E4Usolid eleoentr33KB failed attine4OpenBinary Plot ，在弹出的 对话框中选择打开工作目录下的二进制结果文件D3plot，将结果信息读入LS-PREPOS后处理器，绘图区域中将出现计算模型的正 视图。5.1观察碰撞过程通过动画播放控制台，可观察碰撞的整个动态过程。利用程序主菜单的Splitw功能按钮提供窗口切分显示功能，在 Split Window 面板的 Window Configuration 选项中选择 2X2 复选框，在 Draw to Sub window 选项中选择所需的 Sub window， 在动画控制台中选择各个切分窗口中要显示的结果步。如图13所示为碰撞过程的一系列时间步的正面结果图ANALYSE O COLI t5KNANAL YSIS Q# C0UISK)M图13正面碰撞结果如图14所示为碰撞过程的一系列时间步的内侧结果图ANA1YSIS OF COI11SIQNANALYSIS OF COLLISIOMANALYSIS OF COI 11SI0NANAI.YSK OF COLLISION图14内侧碰撞结果由图13和图14可以明显看出，因为车速高，在碰撞过程中, 保险杠对车门造成了较大的伤害，导致了车门发生大变形。尤其 在车门的后侧边缘处材料的屈曲现象极为突出。5.2观察车门内的等效应力分布对各个切分窗口分别选中并采取如下操作：（1） 选择程序主菜单区域第一页的SellPar按钮，在PartSelection 面板的 Part ID 中选中 Part 1。（2）选择程序主菜单区域第1页的Fcomp按钮，在FringeComponent面板中选择 Stress 和 Von Mises Stress，单击 Apply 按钮；利用动画播放控制台，选择需显示的子步结果。如图15和图16所示为一系列不同时刻车门内 VonMises等效WWJ YSIS OF CO1USION Coniours ef Ellectwe Stiess 忖 mJ nrt ini jni(i -b.tl7375,BtdcflJ E443 mixft clemf 47?&Fringe J cvrls ).78*07 1220eMT 巴驕兀诃F | 7.S04U/|:.H/irtiirl l7eirtO/ 111,0门胡1 7J55ctO6|3.S78efO66J?1SeD75輙収 met 07149e4Dr 丿33只0】_IMctOfiS QPOr+UOrlngc 让vds_.&茁9?tQ/ I8Htr07 I，门血MJ I初切|I3；ek|mmAWAITS OF COLLISFO Cdfltoiir ol EVc max ipt. vihe ffllfiL at rlc mvx=ri&MANMVStSOFCOLHSI 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Al clrm32ANALYSIS OFJUSIOK CoRtowrs ol Jrr rtFWf 亏tfr和 p m (nx 曾minDi rnw-5ANALYSIS OF COLLtSdCuntaiHS of tttcctivrjl mnx lot.的hn/ihi-Ei.t 也土ndf 声#g mu-M trciDf5165Fringe Levels I 5J30tt0J iSJS7e0J_ U.5B4mD?二 h D!mQ7|師目丹光血 E*4SMd/1KjDmOG pncieo图16车门中的等效应力分布（内侧）由上面两图可知，碰撞应力的数值是非常大的，在第三个图中最大应力已经达到了 8.15 X 107帕，可见高速碰撞对于工程结构的 强度是一种极难应付的挑战。5.3观察速度值改变后的碰撞结果图17所示速度为5m/s且加速度为0的轻微碰撞结果:图17轻微碰撞上图中车门只发生了轻微的变形，车门轮廓及车窗边缘基本 没有改变。图17对比图14可知，在交通事故中，车体行驶的越 快，碰撞后车辆变形越大，人员受伤程度更高，造成的后果更惨 重。所以，现在很多交通地段限制汽车的行驶速度是非常合理的， 是维护我们人身安全的重要措施，希望大家都能遵守。5.4观察速度方向改变后的碰撞结果车体速度仍旧20m/s，其他条件不变，只改变碰撞角度。把保 险杠的初速度改作 VX为14.14m/s,VY为0, VZ为-14.14m/s，即 保险杠以45角碰撞车门，再次向LS-DYNA求解器递交求解。下两图所示为45碰撞正面与内侧结果：图18 45 碰撞正面结果图19 45 碰撞内侧结果通过这两图可看出45碰撞车门外侧已产生被撞破的迹象， 轮 廓也已发生了较大的改变，比垂直碰撞变形严重。下面从应力云图论证这一结果ANALYSIS 0 CpnlQurumax iat vl mx-3.SBZUSIONEle07. vl r柜54(11dngr Levels3.5S?c*Q7 J.23le+07_ ?.BJ3c*D7|I肿训川1?c+n6CDIrtaFringe Lrvtls5J21e*075.34*47 4.7WCW74.l9let07 IBISetOF3.a38e*0LUSJOHANAJ YSIS 0 Contours si max ipt vl mEn-i rntxS.SZl*llh. al rk6*0/.刖 elenwrw74.46100U85ctO7 IJCSctD?M15c#061J4c*06&Frinigt Levels 9ll珀吋 8L991ciO7 6LKae*D?MZSe076,19?et07017 maxCJS&ElCOLLISION|mn|UEh ftlp*07. fli CleiurwcFringe LevelsG.Mte076Jllte*07bJJ19ti0f| p.?20eitJ/| mo川|.79ictor|LU6#O7_ EJ0*06 V图20 45。碰撞正面应力云图ANALYSIS OF COLI IStON Cnlnurs of Ftfcrtlvr Slrci “ max lot value minbl al tlerol iTS4l rntx-S 4B4GItiOf.Kelemi 57J4Fvinge Levels 加MF 93Se*07 - ,3HBe#07| 29le*0?|M94c*07 I.Ce07 (l/e*07 .485e*ttD.tOMULYSIS OF COLLISIONCQnJours af Ffltrtlwc 孰“詞赫厂 max ini. value_min L m elerR-l Z9jritijuc7934Fringe Levs如IlJlOefOa 9J87ei07 n.B77e*07|kM.Hrdfi/1 L/iHr+O/l|.zisctojr|IjinctuZ v K.0Qfle4 0UANALYSIS OF COLI1SIDN Canlourt al Effective Sire max det. value mln-l ti rlem h.OOflctOO图21 45 0碰撞内侧应力云图从上两图对比图15和图16,的确45碰撞的应力要略大于垂 直碰撞，这也就解释了 45碰撞车门变形更大的原因。由此可知，相同情况下，不同角度的碰撞会带来不同的结果， 速度方向的变化也会改变最大应力值。5.5小结交通安全是关乎生命与财产的无法令人忽视的问题，降低车 辆碰撞对车身及人体的伤害是汽车工程师永恒的使命。国际上著 名的NCAP汽车碰撞测试的普及也体现出了人们对汽车安全的高度 关注。本文基于 ANSYS/LS-DYNA强大的动力分析能力，简单地模 拟了汽车碰撞过程中车门的变形情况。由于本人水平有限，模型建立得很粗糙，只是建立了汽车的 前保险杠，并未能对整车进行建模，结果必定有所失真。同时受 计算时间的限制，网格没有划分的很详细。在前几次的求解中， 我曾想过把整车的质量都加在保险杠上用来模拟车辆碰撞，但由 于碰撞后期的高压强，保险杠发生了很明显的反弹，这是完全不 符合实际情况的。于是我将保险杠与车身分开，看成是互相独立 的个体，车身在整个期间提供给保险杠向前的面压力，这样，结 果就比较令人满意了。本文中汽车以不同的初速度撞击车门，对车门造成的变形差别 很大。为了体现这点，我刻意拉大了初速度的间距，终于取得了 令人欣喜的成果。从截图中可以看出，较之5m/s的初速度，20m/s 的初速度带来了明显的屈曲效果，车门轮廓应变现象尤为突出。 在垂直碰撞与45碰撞对比中，45碰撞对车门的伤害要大些，尽 管应力数值只是略大一点，但细心观察，车门边框及车窗边缘的 应变要更剧烈，边角