轿车侧面碰撞仿真及B柱轻量化研究说明书.doc

目 录摘要Abstract1 绪论011.1课题的目的和意义011.2课题国内外研究现状及发展趋势01 1.2.1国外研究现状01 1.2.2国内研究现状02 1.3侧面碰撞的相关法规简介02 1.4课题主要研究内容032 ANSYS显示动力学LS-DYNA模块理论简介04 2.1 ANSYS软件简介04 2.2 LS-DYNA模块简介043 汽车碰撞仿真理论06 3.1 动态显式有限元求解控制方程06 3.2 沙漏控制06 3.3 接触算法07 3.4 时间步长的控制074 车身B柱的建模 08 4.1 B柱的结构与作用08 4.2 B柱的三维模型建立085 侧面碰撞仿真及实验研究11 5.1 引言115.2移动变形壁障的要求115.3 侧面碰撞B柱静态仿真115.4 侧面碰撞B柱动态仿真155.4.1仿真具体操作过程155.4.2单元类型、材料类型的选择165.4.3有限元网格划分165.4.4接触、载荷和约束的设置175.4.5求解时间、时间步长控制的设置185.4.6输出k文件196 结论与展望21参考文献22致谢23汽车侧面碰撞仿真及B柱的轻量化研究摘 要由于国家的硬性规定和消费者的关注度，汽车生产厂家也对汽车安全性研究投入大量财力和精力，会将自己优秀的安全性作为卖点之一。研究被动安全的手段主要有两种，一是实车试验，二是CAE仿真试验。汽车的碰撞有正面碰撞与侧面碰撞，其侧面碰撞的重要性不可忽略。当汽车发生侧面碰撞时，B柱是首当其冲的，B柱的变形和吸能的性能将直接影响车内人员的安全。由此可见，对B柱进行优化设计，提高B柱的抗撞性变得非常重要。课题以某汽车为研究对象，首先对汽车的侧面进行三维建模，随后导入ANSYS，进行显示动态仿真，得出各部分应力-应变云图，分析变形和侵入量。最后，对B柱进行优化。此研究方法在汽车侧面碰撞的应用使其研发周期短，效率高，成本低，汽车内部应力变形清楚，提高汽车的被动安全性设计优化。关键词：侧面碰撞；三维建模；ANSYS仿真；B柱优化Simulation of Vehicle Side Crash and Weight Reduction of B-pillarAbstractDue to the countrys rigid regulations and consumer concerns, auto manufacturers also invest a lot of financial resources and energy in automotive safety research, and will use their own excellent safety as one of their selling points. There are two main methods for studying passive safety. One is the actual vehicle test and the other is the CAE simulation test. The collision of a car has a frontal collision and a side collision, and the importance of its side collision cannot be ignored. When the car has a side impact, the B-pillar is the first to suffer. The deformation and energy absorption performance of the B-pillar will directly affect the safety of the people in the car. Thus, it is very important to optimize the design of the B-pillar and improve the crashworthiness of the B-pillar. The subject takes a certain car as the research object, first carries out three-dimensional modeling of the side of the car, and then introduces ANSYS to perform dynamic simulation of the display, and then obtains stress-strain cloud diagrams of various parts to analyze deformation and intrusion. Finally, optimize the B-pillar. The application of this research method in the side impact of automobiles has resulted in short development cycle, high efficiency, low cost, clear internal car stress deformation, and improved automotive passive safety design optimization.Key words: side impact; 3D modeling; ANSYS simulation; B-pillar optimizationmulation; B-pillar optimization1绪论1.1 课题的目的及意义随着我国经济的不断发展，汽车行业也在不断壮大。虽然中国的汽车行业起步较晚，但在我国汽车保有量不断扩大，中国汽车的市场在世界上有着不可或缺的重要性。截至2016年末，我国民用汽车保有量19440万辆（包括三轮汽车和低速货车881万辆）。汽车在我的地位已不可或缺，但它带来的问题也敲响我们的安全的警钟。中国虽然已经成为世界重要的汽车生产国和消费国，但也是发生交通事故最多的国家。增强汽车安全性的研究，减少道路交通事故，是全人类共同关心并致力解决的问题。汽车的被动安全性在汽车发生碰撞后显得尤为重要，汽车车架的刚度，强度，吸能状况等等，决定着车内人员的安全。交通事故的发生也有很多种类，有正面碰撞、追尾和侧面碰撞。根据调查显示，汽车在发生侧面碰撞是伤害最大。因为汽车侧面的结构相对较弱，也容易发生侧翻。所以掌握整车和零部件安全设计的核心技术，提高汽车侧面碰撞安全性能的能力是中国整个汽车行业提升国际竞争力的必要因素。侧碰时人体的头部、颈部、胸部、腹部及骨盆都是人体主要受伤部位。据统计显示，发生侧碰时受伤概率最大的部位是头部和胸部，发生严重损伤部位是胸部。且汽车车门及B柱部件的侵入量和侵入速度是影响胸部损伤值重要因素。对于最重要的部件B柱来说，它是有着抵抗强烈撞击，传递外界输入载荷的作用。所以它的结构和材料的先选择都至关重要。如果B柱过硬，则它内能的吸入量少，不能通过结构形变来吸能，这会导致能力急剧转移并转化成动能，碰撞的速度增大，增加了车内乘客的受伤可能；如果B柱过软，则碰撞后会由于其刚度不够导致形变过大，外界的冲击阻挡不了，车内乘客的生存空间就会大大减小。据以上分析，B柱是汽车侧围重要零部件之一，尤其是发生侧面碰撞的情况下。它的侵入量和侵入速度以及变形模式等直接影响了汽车的安全性。因此，B柱耐撞性的分析和改变其结构对汽车侧碰安全有着非常大的重要意义。1.2 课题的国内外研究现状及发展趋势1.2.1国外研究现状国外在1930年左右已经有简易的碰撞测试，在1950年已经有了整车的碰撞试验。随着计算机的科学技术的发展，在1980年有了计算机仿真实验。仿真实验的难点之一是计算机的硬件发展，还有一个就是优化算法。直至1986年，汽车碰撞仿真基本理论和建模方法在LS-DYNA中基本成型，多刚体动力学法和非线性有限元法的耦合计算描述碰撞中动态响应。之后，动态显示非线性有限元的方法在汽车碰撞仿真广泛应用。在汽车的侧面碰撞的研究中，国外在结构、材料、人员安全防护等做出很大的贡献。Dong-Chan Lee、Jeong-Ick Lee建立了包含壳-梁-弹簧单元的车身结构简化模型。还有Kazuhiro Saitou提出了应用车身结构组件快速建立简化车身模型的方法，并基于一系列成品车型建立组件库。Sung Woo Hitech汽车零部件厂商提出了另一种形式的泡沫铝填充门槛梁吸能结构，保留了门槛梁中间的加强版，同时在加强版两侧填充泡沫铝板，起到增加刚度、降噪、吸收侧面碰撞冲击力的作用。德国本特勒汽车零部件公司基于TRB开发设计的B柱和保险杠，质量减轻，同时也是NVH和碰撞性能都得到提升。随着仿生学和撞车事故中人体伤害机理的研究深入，模拟假人的研究开发也有新的进展：1971年开发了混合型假人，对其头部、颈部、肩部、脊柱和膝部进行改进；1972年开发了混合型假人，并在联邦法规中制定了假人标准；19776年通用公司开发出混合型假人，它更与人的特性贴合。为了进一步满足汽车碰撞实验要求及生物力学研究需要，美国又开发出了一套假人家族，其中包括了假人SID和儿童假人等。1.2.2国内研究现状我国在汽车的被动安全性的研究算是起步迟，但发展比较迅速。在1985年时，清华大学等研究所开始了汽车碰撞测试的学习。第一个可以进行整车、零部件台车的碰撞试验的综合性汽车碰撞试验台在清华大学建立。最早自行设计并建成橡胶绳弹射式碰撞试验台，先后引进混合型、混合型假人和高速运动分析仪。对假人下肢部分进行更深的验证评估和改进，深入探索侧碰安全气囊、安全气囊的点火控制算法、车体结构和图像运动分析中标志点自动跟踪技术。CAE技术在侧面碰撞中的发展也是不断的。胡平、侯文彬等人对概念设计阶段的车身结构分析及优化和模型的板、梁结构灵敏度分析及参数优化做了大量的研究，基于UG/NX平台开发的VCD-ICAE，可快速建立车身模型和有限元模型。吉林大学的徐涛教授及团队与一汽技术中心开发了一系列关于常用截面梁截面特性与优化的软件。上汽集团的戴秩博士提出基于碰撞车身概念设计。湖南大学成艾国教授建立了某车型白车身基于真实接头简化力学模型，对有限元模型进行模态、动刚度和碰撞安全性能对比分析。1.3 侧面碰撞的相关法规简介汽车的安全性问有题正常三大方面：周围环境、车和人。而一辆汽车在生产前需要参照的还有法规，在汽车被动安全的发展历程中，社会和政府的引导是不可或缺的。之前的三点是从科技和工程角度去思考全部过程的，法规则是我们逃避不了的。由于交通系统是人类社会的一个子系统，人在这个系统中占主要因素，法规在规范人的行动、协调三者的关系有重大作用。经过多年发展，汽车的侧面碰撞法规得到很大补充。美国在1990年修改了FMVSS车门侧压静强度，增加侧面碰撞条例。其碰撞形态为27碰撞角，并采用移动吸能壁障（MDB），碰撞速度为54.0km/s，假人采用SID型，同时给出胸部、腰部两点乘员伤害评价指标，目前考虑增加头部伤害指标。欧洲在1991年颁发ECE侧碰撞保护草案，其碰撞形式为0碰撞角，也采纳移动吸能壁障（MDB），采用假人EUROSID型，同时给出了一些乘员保护评价指标。我国的汽车安全法规发展较晚，由于交通事故持续增多，从20世纪90年代开始，根据国外一些经验开始一些有关汽车安全的政策。2006年我国正式颁布汽车侧面碰撞的乘员保护。该标准确立了汽车侧面碰撞的要求和实验步骤，还规定了车辆形式的变更、三维H点装置、移动变形壁障及侧碰撞假人。这规定应用于基准质量，M1、N1类车辆座椅的最低点R点与地面的距离不超过700mm。同时2006年我国也参照了美国法规也颁布了轿车侧门刚度法规。由于我国的审查汽车制度于欧洲国家相比大致相同，所以我国是参照了欧洲侧碰法规ECE R95条款；考虑中国和欧洲人的体质差异以及对汽车需求不同，所以也参考了亚洲日本标准，所选取的参考都是以我国汽车工业发展和国情需求为前提，在2007年6月30号对所有新型汽车进行测评。我国汽车被动安全性也因此规定得到很大提高，对我国汽车行业的发展作出了巨大贡献。1.4 课题主要研究内容本课题研究内容大概有以下几个方面：（1）提前收集资料，阅读有关侧面碰撞仿真的论文与书籍，对侧面碰撞的国内外研究现状有大致了解，关注有关侧面碰撞的法规，了解试验的基本流程和B柱的碰撞评价指标。（2）自学catia,学会基本的三维软件建模。学会曲面设计，建立相对简易的B柱模型，对汽车零部件结构有通透的直观理解。（3）应用计算机仿真软件ANSYS，利用LS-DYNA动态显示仿真B柱的侧面碰撞，用有限元的思想去分析理解。（4）以B柱轻量化和B柱的侵入量为指标来优化B柱。2 ANSYS显示动力学LS-DYNA模块理论简介2.1 ANSYS软件简介随着电子计算机的发展，有限元单元法也是随之快速发展起来的一种现代计算方法。20世纪50年代，数值分析方法首先有效的应用在了连续体力学领域飞机结构静、动态特性分析中，随后此方法广泛应用到热传导、电磁场、流体力学等连续性问题的求解和分析。ANSYS软件是型通用有限元分析软件，它集于构造、流体、电场、磁场及声场分析为一体，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它可以与多数CAD软件进行对接，如Pro/Engineer、NASTRAN、AutoCAD等，实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAE工具之一，普遍应用于土木工程、机械制造、汽车工业、材料科学、航天航空、国防军工及石油化工等诸多行业。它可以进行结构的各种线性与非线性静力学、动力学分析；可以进行结构包括传导、对流和辐射三种热传导形式的稳态和瞬态、线性和非线性的热力学分析；电磁场分析、压电分析也可以在此运行，还可以进行碰撞分析。ANSYS软件主要包括三个步骤，即前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块可以实体建模以及网格划分，使用者可以简易构造模块；分析计算模块可以模拟多种物理介质相互作用，具有灵敏度分析和优化分析的能力；后处理模块 可将计算结果以图形或图表、曲线形式显现出来。典型的有限元分析流程有三个阶段：建立有限元模型、加载与求解、查看与处理结果。2.2 LS-DYNA模块简介ANSYS不仅仅提供了规范的隐式动力学分析，还提供了显示动力学分析模块ANSYS/LS-DYNA。美国劳伦斯利菲莫尔国家实验室并由由J.O.Hallquist作为负责人最初开发完成LS-DYNA非线性动力分析有限元软件，其开始主要目的是为了设计军用弹头提供分析的工具，后很多次经过扩充改进，它的计算能力越来越强大。它适用于模拟很大的形变，惯性力占支配地位，所有的非线性行为也都能够考虑在内。像碰撞、冲击、快速成型等问题都可以用它的显示方程求解，目前这个软件是解决这最好的方法，也是现在应用最广的求解接触非线性、冲击载荷非线性和材料非线性问题的显示动力分析有限元软件。在1986年，首次成功模拟了整车的碰撞大变形过程，人体采用多刚体模型，计算有限元模型的气袋和人体接触过程。为以后的研究人体碰撞后的损伤，建立了不同部位有限元模型。在汽车碰撞仿真中，有着ANSYS三个通常的步骤。建立好的CAD模型基础上可以进行网格划分，然后选择材料模型、设置单元属性、确定计算边界条件、调整模型、最后控制选项和输出信息。其中与隐式分析不同的是在施加载荷时显示动态分析中所有载荷必须跟时间有关。此软件的显示算法用于求解大变形瞬时动力学、变形线性准静态的问题以及复杂多变的碰撞接触问题，有着强大的前处理功能。3 汽车碰撞仿真理论 3.1 动态显式有限元求解控制方程有限元的本质是将一个整体划分为有限数量的个体单元，个体之间联系是通过节点，这一个个的单元体可以代替原先整体。对节点处进行加载，代入函数式，建立每个单元节点力与未知量的函数关系。首先我们需要建立基本方程，对物质进行描述。物体变形时，考量存在的任意一点在直角坐标系中的运动。起始时刻（t=0）在xi0(i=1,2,3),t时刻运动到xit(i=1,2,3),采用Lagrange描述，表示出的运动方程为: xit= xit(xi0,t) vit= d(xit)/dt 其中i=1，2，3起始条件t=0时， xit(xi0,0)= xi0 d(xit,0)/dt= vi0式中：vi0为初始速度。其次，在Lagrange描述下物体中任意一点也都满足其他守恒，比如质量、动量、能量等守恒方程。最后，在某作用力下物体的变形会有一个边界条件。处于S1界限处的条件为：ijni=pi(t) 式中：ni=(i=1，2，3)是S1边界的外法线方向余弦。处于S2界限处的条件为：xit(xi,t)=Ui（t） 式中：Ui（t）（1，2，3）是既定的位移函数。在x+=x_接触时，边界S0是滑动接触边界，其条件为：（ij+-ij-）nij=03.2 沙漏控制LS-DYNA在分析非线性动力问题时，可以应用单点高斯积分。它可以节省很多计算时间，也可以分析大变形。缺点是可能会触发零能模式，也是沙漏模式。由于积分点不足，从而引起个体单元中的刚度矩阵秩不足，致使沙漏模式比全局响应高的频率震荡模式有所不足。它在数学领域中是稳定的，但在物理学中是不可能实现的。如果在分析中出现沙漏模式变形则结果无效，沙漏能比整体内能超出10%则分析无效，所以对其控制是非常有必要的。控制它的方法有以下四种：第一种，调整整体体积黏度，可用于快速变形方面，在软件LS-DYNA中，通过关键字*CONTROL_BULK-VISCOSITY控制；第二种，通过增加刚度或粘性阻尼控制，针对高、低速应用不同公式，可通过关键字*CONTROLHOURGLASS控制；第三种，对过大的沙漏能PART进行控制，可通过关键字*HOURGLASS实现；第四种，应用全积分单元。其实，好的模型的应用可使沙漏减少，比如细化的网格，不用单点载荷，使全积分中的单元分散等。3.3接触算法接触问题在有限元分析中必不可少，它也是体现软件能力的一个指标。LS-DYNA在汽车碰撞分析中接触类型的选择和接触参数定义很重要，一般这个软件处理这类问题有三种算法。第一种是动力约束法，它是最早出现的算法。在修正构形前的每一时步，都会检查节点是不是穿过主表面，让节点与其表面接触；此外检查拉界面力是否作用于所接触的节点单元。此算法的运用相对较少，只有固连接触，即没有释放条件，仅仅有的是约束条件。第二种是分配参数法，该算法应用于没有分离但有滑动的滑动处理，如气体爆炸后对结构的压力影响。首先是会分配质量和压力，主表面的加速度会根据程序修正，然后节点的加速度和速度会被施加约束，从而让节点的运动沿着主表面。第三种是对称罚函数法，算法简单，不会引起噪音和网格的沙漏效应，有准确的动能守恒无需碰撞和释放条件。其原理是在每一时步前会先检查节点透过主表面与否，如不透过则不对节点做处理，如透过则会引入一个比较大的界面接触力，其力的大小与接触刚度、透过深度成一定正比，也称罚函数值。3.4 时间步长的控制在LS-DYNA显示积分中，由它的时间步长计算公式可得知，其时间步长的最小值是由最小单元长度及声速决定的。时间步长会随着计算过程中单元变形增大而不断减小，当它的结构变形非常大时，临界时间步长会变得很小，甚至无法完成计算。这时质量缩放技术就显得尤为重要。同时也可采用子循环技术来避免最小单元对整个时间步长的计算结果。质量缩放是指通过时间单元密度的调整，来实现最小计算步长的调整。它的控制可在LS-DYNA中的关键字*CONTROL TIMESTEP控制参数DT2MS设定。如果DT2MS的数值为0，则是没有质量缩放；当DT2MS大于0时，则表示所有的时间步长都相等，全部单元会施加质量缩放；当DT2MS小于0时，则表示质量缩放只是施加到步长小于DT2MS单元上。质量缩放的采用会稍微改变模型的质量和其质心位置，但可节约大量计算时间。子循环又称为混合时间积分。在LS-DYNA 中，可由关键字*CONTROL SUBCYCLE控制。单元的分类时根据时间步长大小来划分，其中每一组的时间步长都是最小时间步长的整数倍数，这样的方法可避免系统会因为模型过小而都是用时间步长最小的单元，从而加快分析的速度。4 车身B柱的建模4.1 B柱的结构与作用在汽车的侧面碰撞中，B柱的地位尤其重要。汽车发生碰撞时强烈的冲击载荷会施加在B柱上，它的抗弯特性对乘客的安全性有着重要影响，提高并优化B柱对侧面碰撞的安全性也有着重大意义。为了计算量的减少，可以利用车身B柱的模型简化进行仿真分析。选取B柱的内板、外板及加强板等零部件建立局部模型，这些部件是侧面碰撞时最重要的承载部件。汽车B柱的结构一般分为两种：两段式和整体式。本文研究的就是整体式。对B柱材料的选择上也是非常重要，目前市场上车型一般应用的是高强度钢和比较厚的钢板。汽车发生侧面碰撞，B柱是一条重要的垂直传递路径，它的变形性能及吸能能力是直接影响整车变形模式的重要原因之一。同时B柱上端是与车顶纵梁焊接连接，它的下端是跟车门槛的加强件焊接连接，从而保证B柱在碰撞时车顶纵梁提供上部支撑，车辆门槛提供下部支撑，更好地降低B柱的侵入量和侵入速度。在碰撞仿真中，可以将这两个点作为评价指标。4.2 B柱的三维模型建立B柱的内板，如图4.1所示。图4.1 B柱的内板B柱的外板，如图4.2所示。图4.2 B柱的外板B柱的加强件1，如图4.3所示。图4.3 B柱的加强件1B柱的加强件2，如图4.4所示。图4.4 B柱的加强件2B柱的整体模型，如图4.5、4.6所示。图4.5 B柱的整体模型 图4.6 B柱的整体模型5 侧面碰撞仿真及实验研究5.1 引言近几十年来，随着计算机技术硬件和计算方法的优化发展，计算机应用于工程学的仿真也是越来越强大。现在的CAE计算在汽车领域中已经不可或缺，在汽车的开发阶段，汽车仿真计算占有重要地位，为产品开发争取了相当大的优势。汽车中的碰撞仿真技术也因为汽车安全性的要求而不断受到重视，对于厂家而言节约资金和减少研发时间，这也正好符合商家的根本利益。本文是以某款国产轿车的B柱的实际参数建立了CATIA的三维模型，这是为了让研究更加合理化，更加有意义。然而对于一个整车模型，需要相当大的单元数目，划分的网格也会相当大，对硬件要求和个人能力都有要求，因此在一般研究中有一定困难。国外研究表明，整体车身的研究于单个个体不会完全相同，但其效果有很类似，比如它的形变方向和吸能效果。其结果等价，这有利于工作量的减少，所以我们从单独B柱来进行仿真。本文章研究的主要内容还是通过有限元的方法对B柱进行碰撞仿真，在对输出的速度、加速度、应力应变图等结果分析。5.2移动变形壁障的要求除了对B柱的建模，还有可移动变形壁障（MDB）。在本文中我们会对碰撞壁做简化，它的材料是蜂窝材料具有吸能功效，碰撞时会产生溃缩吸能大量能量，从而减少能量传入车内，减小入侵空间保证车内乘客安全。在碰撞法规中它的质量、刚度、质心位置和离地间隙等参数都已经有了具体的说明。所以其详细的原理在此不在赘述。本文会对其MDB模型进行简化，会在Workbench中进行网格划分和材料定义。以此基础依照我国法规中国新车安全评价规程设置MDB-碰撞有限元模型，设定它的初始位置和初始速度，定义模型的边界条件和各个接触面，最后定义仿真时间和时间不长。5.3 侧面碰撞B柱静态仿真简化B柱的实体模型在CATIA中建立，确定截面和基本尺寸。将它保存为IGS格式，然后导入workbench中，选择Static Structural图标，如图5.1所示。图5.1 Workbench静态分析界面静力学分析的步骤如项目A中的7个表格，并从上到下依次完成。步骤分别是：1、 静力分析求解器。2、 设置材料的选项，在此资料卡片中可以定义材料所需属性并选择其单元格。3、 从CATIA中的三维模型保存成IGS文件并导入在Workbench中生成实体。4、 前处理，及选择几何材料并且对模型进行网格化。5、 设置有限元模型所需多种条件。6、 后处理，处理计算所有需要检查的选项。7、 选择各式各样的受力云图。首先对其模型进行材料设置。本文对简化的B柱选择是弹性体，材料的选择为常用钢Q235,密度为7850kg.m3,弹性模量为210Gpa,泊松比是0.3，如图5.2所示。图5.2 材料的选择模型导入后对它进行网格化，如图5.3所示。 图5.3 模型的网格划分接着对B柱施加约束，设定边界条件，如图5.4所示图5.4 模型的施加约束最后进行形变的分析，如图5.5所示。图5.5 B柱的位移总变形云图基于Workbench对B柱的静态结构的分析，得出最后结果，除了B柱的总变形，还有等效弹性应变和等效应力，如图5.6、5.7所示。图5.6 B柱应变云图图5.7 B柱应力云图5.4 侧面碰撞B柱动态仿真5.4.1仿真具体操作过程（1）设置C盘作为工作盘，生成工作目录名为ls-dyna。（2）启动软件WORKBENCH14.0,选择显示动态模块，如图5.6所示。点击RUN按钮进入主界面。如图5.8所示。图5.8 Workbench的显示动态模块5.4.2单元类型、材料类型的选择（1）在Main Menu下选择Preprocessor指令，继续选择下面Element Type指令，单击Add指令，单击下面的Edit指令，单击下面Delete命令。选择Soild 164单元为单元类型。（2）单击对话框Element Type选择Option指令，弹出的卡片中设置Soild 164为常用单元。（3）在Main Menu下选择Preprocessor指令，单击下面Material Props指令，选择命令Material Models,出现定义材料属性对话框。（4）定义材料一为刚体，接着输入材料参数。（5）定义材料二为弹性体，接着输入材料参数，如图5.9所示。图5.9 模型的材料定义5.4.3有限元网格划分（1）在Main Menu下选择Preprocessor指令，单击Meshing,点击Mesh Tool指令，弹出Mesh Tool卡片。（2）选择Mesh Tool卡片中Volume右边Set按钮，弹出Element Size on Picked volume卡片。（3）在MAT下拉框中选择1，选择Mesh Tool中的Smart Size智能网格划分功能。其功能强大，可以使网格数量减少，减少计算量，缩短计算时间。接着以同样步骤对碰撞块进行网格划分。（4）在MAT下拉框中选择2，进行同样操作，网格划分后如图5.10所示。图5.10 模型的网格划分5.4.4接触、载荷和约束的设置（1）在Main Menu下选择Preprocessor指令，选择下面指令LS-DYNA Options,选择下面指令Contact,选择下面指令Define Contact。点击面对面命令即Surface to Surface中的侵蚀接触Eroding,并选择主动面为碰撞块，从动面为B柱。（2）时间设定为0到100ms。主动面碰撞块速度为15mm/ms。（3）选择Select中Entities下的Areas和By Num/Pick,点击OK。接着选取B柱背面，依旧在Select中Entities下选择命令Node与Attached。选择Areas all选取底部所有节点，对B柱背面节点进行全约束，从而使B柱位置固定。如图5.11所示。图5.11 模型的施加约束5.4.5求解时间、时间步长控制的设置（1）单击Main Menu菜单：选择下面的指令Solution，选择下面指令Time controls,选择下面命令Time Step Ctrls,弹出对话框Spectify time for LS-DYNA Explicit,在文本框Time step scale factor输入0.6。（2）单击Main Menu菜单：选择下面的指令Solution，选择下面指令Output controls,选择下面指令Out File Types。弹出对话框Spectify File for LS-DYNA Solver,点击OK。如图5.12所示。图5.12 求解时间、时间步长的设置5.4.6输出k文件（1）单击Utility Menu菜单：选择下面的指令Select，选择下面的指令Everything。（2）单击Main Menu菜单：选择下面的指令Solution，选择下面的指令Write Jobname.k,弹出对话框Input files to be written for LS-DYNA,在列表框Write result files中选择LS-DYNA并在其文本框中输入test,单击OK，软件将在工作目录下生成文件test.k。最后设定好的模型如图5.13、5.14所示。图5.13 B柱的位移形变图图5.14 B柱的应变云图最后将文件导入LS-PREPOST，在这里可以对B柱的位移变化等情况进行查看和分析。综合静态分析和动态分析，在静态分析中 B柱结构的型变量约为322mm,形变最大的位置是在B柱中间；在动态分析中其形变的量约为329mm,其形变位置依旧类似。因为在对瞬时力进行计算时，很多碰撞因素都没考虑在内，如重力和摩擦力等影响。即使这样，我们利用静态仿真出的结果相比于动态仍能得到一个近似值，表明这仍可以代替一些碰撞仿真，是碰撞仿真的大趋势。其结果表明了动态冲击与等效瞬时的转换利用得出对B柱的变形效果基本趋于一致，基本可验证Workbench对数据是有效的。6 结论与展望本课题介绍了汽车侧面碰撞的仿真，说明了其研究目的和意义并介绍了ANSYA/LS-NYNA软件和显示动态非线性理论。为了让研究具有切实意义本文选取某国产轿车的B柱为参照建模并进行侧面碰撞的仿真分析。零件的选择有重要的两点：结构和材料。首先要查阅资料了解相关结构，知道每个部件的具体结构及其作用。但由于B柱的整体零部件非常复杂，我们没有能力全部说明并设计，只能对其进行简化保留重要的部件进行建模仿真。材料的选取是鉴于总体结构强度和轻量化要求，为最后部分仿真材料设定做准备。在前期的学习过程中，深刻体会到学会查阅资料的重要性，这是最基础也是必备的技能。同时，回顾了部分大学四年来所学的一些专业知识，对汽车构造、汽车设计、机械设计等一些科目又有了新的体会。这段时间的学习让我了解到毕业设计也是需要系统性学习，要有一定耐心和信心。在了解到B柱基本结构的基础上，利用CATIA对其进行建模。由于本科期间对CATIA 的学习不足，所以这也是一次可以弥补自己不足的机会。在此之前，必须要准备看着教程再次熟悉软件，对曲面的建模学习得进一步深入。在建模时还参照了其他模型，对个别部件其进行简化或是补充。遇到困难时不断查阅资料并向同学请教，具体的某个参数由于出现干涉也会不断的修改。最后阶段的仿真，同样也是先通过视频的学习对ANSYS/LS-DYNA 有了大概了解，对仿真分析的过程有总体的理解，对材料属性的定义、网格的划分、连接命令的定义、边界条件和初始条件的设定并包括最后控制输出等等这些步骤有了清晰的概念。导入B柱模型并进行碰撞仿真分析，控制输出，通过入侵位移和入侵速度这些评价指标来对B柱的强度刚度有所评定，最后也可通过应力-应变云图可直观发现碰撞时B柱的受力状况。通过这次毕业设计，是我对B柱的结构有了深刻理解，对建模软件CATIA和仿真软件的应用得到锻炼，丰富了我的专业知识，提高我应用能力水平，为以后的学习打下了坚实的基础。更重要的是让我学会了怎样去学习，以怎样的态度去对待学习。汽车被动安全性的问题正受到越来越多的关注，CAE在汽车工程上应用也是越来越多。但考虑到实际碰撞过程中有着各不相同的状况，这也为碰撞仿真技术带来一定的难点。以后投入CAE工程学习的人会更多，也希望我们珍惜这个时代带给我们财富，在好的学习条件和环境下，为自己努力，为国家努力。把自己投入这个行业，踏实学习，回报社会。参考文献1 张金换.汽车碰撞安全性设计M. 北京：清华大学出版社，2010.2 智淑亚.汽车车身结构与设计M. 北京：机械工业出版社, 2014.3 孙凌玉.车身结构轻量化设计、理论、方法与工程实例M. 北京：国防工业出版社，2011.4.刘焕广.轿车白车身结构有限元及其试验分析J.合肥工业大学学报，2007.5李伯栋.简化车身 B-立柱结构参数的抗弯曲冲压特性研究D.长春：吉林大学，2007.6种志华，张维刚，曹立波，等.汽车碰撞安全技术M. 北京：机械工业出版社，2005.7 余志生.汽车理论M. 北京：机械工业出版社, 2009.8 陈家瑞.汽车构造M. 北京：人民交通出版社, 19929 温正.Ansys14.0有限元分析权威指南M. 北京：机械工业出版社, 2005.10 CATIA V5-6R2014基础技能课训M. 北京：电子工业出版社，2016.11 濮良贵，纪名刚.机械设计M北京：高等教育出版社，200512 孙桓，陈作模.机械原理M北京：高等教育出版社，200513 王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社，2004.814 葛树文.轿车侧面碰撞安全性能计算机仿真及试验研究D.长春：吉林大学，2007.15 王东川，刘启志，珂枫，碳纤维增强复合材料在汽车上的应用，汽车工艺与材料，2005.16 张腾腾，李碧浩，王大志 . 基于碰撞力传递的乘员舱安全性仿真与改进研究 J. 上海汽车，2016.17徐增密.基于侧面碰撞和新型板材的B柱轻量化优化D.大连：大连理工大学硕士学位论文，2012.18 林程，王文伟，陈潇凯 . 汽车车身结构与设计 M. 北京：机械工业出版社，2014.19 张立宇.某车侧面碰撞中B柱的耐撞性研究于优化 D. 辽宁工业大学 2016.20 王帅.汽车B柱侧面碰撞仿真分析 D. 延边大学 2017.致谢时间飞逝，我在金陵科技学院的四年学习生涯即将结束，学校给我们提供了学习、做事的机会，培养了我们的专业技能，让我系统地学习了相关的车辆工程专业知识，也留给了我们四年美好的回忆，在此表示衷心的感谢。而毕业设计则是最后的一个学习总结，是大学四年的最后一个句号。能完成自己的毕业论文，我要感谢自己的毕业设计导师付香梅老师。从论文的选题、开题报告、外文翻译到正文的结束，老师在每个环节都提出宝贵意见和修改措施。每次有关论文的会议，都会悉心教导，帮我们总结纠正上一部分错误并讨论下部分该做的工作。老师每次提出的细节都能让我有新的体会，无论是从论文的格式要求还是每个章节的重点内容。这些都让我感受到老师工作严谨，让我受益匪浅。在此还要感谢我们车辆系的所有老师，是他们陪伴了我们的大学四年，是他们教授我们专业知识。正是他们兢兢业业、无私奉献的教导，我们才能对车辆理论知识有系统的学习，才能够理论联系实际，提升了自己专业知识的能力，提高了我们的悟性。我们在这几年里不仅学习了知识，同时更是学会了如何做事、做人。在自己独立面对问题时，如何冷静耐心的思考，如何高效的寻找突破口。同样也要感谢我的同学，由于本人能力有限，在做毕业设计的过程中遇到的问题，同学也是热心帮助，帮我提供信息并一起解决所遇到的问题。最后再次感谢金陵科技学院为我们提供的学习做事的机会，为我们以后的学习打下坚实的基础。我们会不忘初心，踏实认真做事，带着学校和家人的期待，积极进入社会融入社会，为祖国的建设贡献自己的力量。