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(2020年6月上)机械装备研发《Research&Development of Machinery and Equipment97基于LS-dyna的某轻卡驾驶室正面碰撞安全性能研究黄勤，刘风华，何帆影，吴静，廖奇峰，刘世海(江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001)摘要：为验证某轻卡驾驶室正面碰撞安全性能是否满足设计要求，本文基于有限元方法对其进行碰撞分析，仿真分析结果显示，驾驶员和乘员生存空间充裕。
同时结合实车碰撞试验，试验结果显示驾驶员和乘员生存空间充裕。
因此该轻卡驾驶室正面碰撞安全性能满足法规和设计要求。
关键词：轻卡驾驶室；正面碰撞；安全性能中图分类号:U463.81文献标志码:A文章编号：1672-3872(2020)11-0097-02Study on the Frontal Crash Safety Performance of Cab of Light Truck with LS-dyna Huang Qin,Liu Fenghua,He Fanying,Wu Jing,Liao Qifeng,Liu Shihai(Product Development&Technical Center^Jiangxi-Isuzu Motors Co,Lt%,Jiangxi Nanchang330001)Abstract：In order to verify whether the frontal crash safety performance of a light truck cab meets the design requirements,In this paper, based on the finite element method,the crash analysis is carried out,the simulation results show that the driver and crew have plenty of living space.At the same time,combined with the real vehicle crash test,the test results show that there is plenty of living space for drivers and passengers,so the front impact safety performance of the light truck cab meets the requirements of laws and regulations and design. Keywords：light truck cab;frontal crash;safety performance0引言目前，轻卡行业驾驶室主要形式为平头驾驶室，发生正面碰撞事故时，车身飯金件会岀现较大塑性变形,进而会挤压前排乘员的生存空间，造成人员伤害事故，故平头驾驶室结构强度对乘员的生存空间有着直接决定性影响因此，开展轻卡驾驶室正面碰撞安全性能研究具有重要意义。
FOCUS技术聚焦技术看点汽车小偏置正面碰撞对驾驶员小腿伤害的分析(g匕京汽车股份有限公司研究院)摘要：为了减轻汽车小偏置正面碰撞中驾驶员小腿受到的伤害，该文通过建立LSDYNA有限元仿真模型，分析了小偏置正 面碰撞中提高小腿得分的方法，分别对护膝板造型、安全带限力等级、歇脚板角度及护膝板内部结构等因素进行优化分析，使小腿的伤害值得到了明显改善，满足了性能开发的要求。
为降低小腿伤害分析提供了优化方向。
关键词：汽车;小偏置正面碰撞;小腿伤害;LS D Y N AAnalysis on Injury of Driver Tibia in Small-overlap Frontal CrashA b stra ct：In order to reduce the driver's tibia injuries in small overlap frontal crash, this paper introduces the method toimprove the tibia score by establishing LSDYNA finite element model. The tibia injury is reduced by optimizing the kneepad plate surface, seat belt limit level, stop plate angle and kneepad plate inner structure, to meet the performance requirements of the vehicle development. It provides the optimized direction for improving tibia injury.Key w o rd s：V e h icle；S m a ll-o ve rla p fro n ta l crash; T ib ia; LS D Y N A随着汽车保有量的不断增加，交通事故呈现逐步增长趋势，消费者对汽车安全性能更加关注。
LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。
一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。
关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。
1、初步检查。
让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。
2、全过程检查。
调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。
再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。
一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。
二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。
具体介绍参见附录二。
检查：在dyna中计算模型至其正常结束。
在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。
剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。
汽车保险杠碰撞有限元分析摘要：本文基于Hypermesh和LS-DYNA软件对保险杠的正面碰撞进行了仿真模拟分析，分析了保险杠的耐撞性，并以计算结果为依据, 对保险杠的结构进行了改进,优化其吸能能力，对深入研究整车正面碰撞的模拟仿真具有重要的参考价值关键词：保险杠碰撞优化Abstract: this paper, analyzed from the positive impact bumpers on the simulation ofthe Hypermesh and LS-DYNA software , this paper analyzes the bumper crashworthiness, and put the structure of bumper improved, optimize the absorption ability, and further study the collision of the vehicle positive simulation for important reference value.Keywords: bumper; collision; optimization随着轿车的大规模生产和使用, 也由于车速的不断提高, 汽车交通事故的发生率已经大大的增加了。
在汽车交通安全事故中, 出现几率最高的是汽车碰撞, 其中正面碰撞最普遍。
据资料显示,汽车发生正面碰撞的概率在40%左右。
因此, 研究正面碰撞特性, 对降低乘员的伤害非常重要[1]。
而汽车结构中的保险杠是正面碰撞时主要的承载和吸能构件,提高保险杠的吸能能力,可以降低整车碰撞中的加速度,对乘员起保护作用[2]。
因此, 对保险杠吸能特性的研究有着重要的意义。
汽车碰撞是指汽车在极短的时间内发生剧烈碰撞,是一个瞬态的复杂物理过程,它包含结构以大位移、大转动和大应变为特征的几何非线性和各种材料发生大应变时所表现的物理非线性(材料非线性)。
基于LS—DYNA的车辆碰撞仿真分析研究作者：孙志星来源：《科学与财富》2012年第12期摘要：本文运用大型显式动力分析软件LS-DYNA实现车辆的整车碰撞仿真模拟分析，实验结果对于车辆的设计和生产具有一定的参考价值。
关键词：LS-DYNA碰撞仿真引言随着社会的进步、交通行业的蓬勃发展，车汽行业在这些年也得到了迅猛的发展，但是，随之而来的交通的问题也日显突出，交通事故发生的次数逐年增多，事故的严重性也是与日俱增，给家庭和社会带来了极大的危害和损失。
所以，对车辆的安全性能及其综合性能的研究就显得十分迫切和必要[1]。
传统的车辆综合性能研究特别是安全性能方面的研究往往是采用真车进行碰撞实验，采用真车进行碰撞实验，虽然实验结果较为明显直观，但是真车的碰撞实验需要投入大量的人力、物力和财力，而且需要反复的实验才能得出实验结果，反复的实验无疑加大了实验成本与时间上的投入。
车辆研究者们急需寻找一种新的实验研究分析方法来取代真车碰撞实验，而且要保证实验效果。
这些年计算机辅助设计、分析软件被越来越多的学者运用于各类问题的研究分析当中，从简单的图纸设计、建模设计到大型有限元分析都广泛应用与各类工程问题的研究分析当中。
在建模方面，目前常用的软件有：Pro/E、UG、solidworks等等，在众多大型建模软件中，Pro/E 因其可以进行良好的参数化设计，所以被广泛应用于各种工程问题的建模分析当中。
在有限元分析方面，LS-DYNA凭借其良好的动态力学分析能力，成为有限元动态分析的主流大型软件。
大型软件LS-DYNA由美国国家实验室研发并发行，最初的LS-DYNA软件主要是应用于简单的自由体下落时所受到的冲击应力，随着LS-DYNA软件的不断完善和升级，LS-DYNA 的功能越来越强大，其材料库也越来越完善，模拟仿真实验的结果也逐渐可以代替真实实验的计算分析结果[2]。
而且随着LS-DYNA软件的不断完善和升级，LS-DYNA软件在各行各业应用的越来越广泛和深入。
LS-DYNA 碰撞分析调试LS-DYNA碰撞计算模型的主要检查、调试项目有：a、质量增加百分比小于5%；b、总沙漏能小于5%；c、滑移界面能；d、检查各部件之间的连接、接触关系是否定义正确，检查模型的完整性；e、检查数值输出的稳定性。
一、质量缩放Mass scale的检查：质量缩放——对于时间步长小于控制卡片中设置的最小时间步长的单元，我们通常采取增加单元材料密度的方法来增大其时间步长，以减短模型的计算时间。
关于LS-DYNA中单元时间步长的计算方法请参见附录一。
1、初步检查。
让模型在dyna中运行2个时间步，在Hyper view中调出glstat 文件并检查mass scaling项（质量增加应该小于5%）；调出matsum文件并检查各部件的质量增加情况，对于质量增加过大以及有快速增长趋势的部件应检查此部件的网格质量和材料参数设置（质量增加一般是由于单元的特征长度太小或者是材料参数E、ρ设置错误，导致该单元的时间步长低于控制卡片中设置的最小时间步长，从而引起质量缩放）。
2、全过程检查。
调整模型使其符合初步检查的标准，计算模型至其正常结束。
再按[初步检查]的要求检查调试整个模型直至达到要求。
一个计算收敛的模型在其整个计算过程中，最大质量缩放应小于总质量的5% 。
二、沙漏能Hourglass energy的检查：沙漏能的出现是因为模型中采用了缩减积分引起的，我们常用的B-T单元采用的是面内单点积分，这种算法会引起沙漏效应（零能模式）。
具体介绍参见附录二。
检查：在dyna中计算模型至其正常结束。
在Hyper view中调出glstat文件并检查energy的total energy 、Hourglass energy两项，整个计算过程中沙漏能应小三、滑移界面能sliding interface energy的检查：滑移界面能是由摩擦和阻尼所引起的。
剧烈的滑动摩擦会引起大的正值的滑移界面能；未能检测到的穿透（undetected penetrations）常常会引起大的负值的滑移截面能。
１７３ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ学 术 论 坛２００８ ＮＯ．０７Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ应用ＬＳ－ＤＹＮＡ进行汽车正面碰撞模拟分析包宇波１ 胡斌２（１．同济大学汽车学院 上海 ２０００９２； ２．中国矿业大学（北京）机电学院材料系 北京 １０００８３）摘 要：应用ＬＳ－ＤＹＮＡ实现不带约束系统的整车的正面碰撞模拟，佐证了计算机模拟技术在现代汽车产品开发中的应用及其发挥的巨大作用。
关键词：ＬＳ－ＤＹＮＡ 汽车碰撞 车身耐撞性分析 计算机模拟中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ａ）－０１７３－０２ＬＳ－ＤＹＮＡ 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。
与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。
由Ｊ．Ｏ．Ｈａｌｌｑｕｉｓｔ主持开发完成的ＤＹＮＡ程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。
１９８８年 Ｊ．Ｏ．Ｈａｌｌｑｕｉｓｔ创建ＬＳＴＣ公司，推出ＬＳ－ＤＹＮＡ程序系列，并于１９９７年将ＬＳ－ＤＹＮＡ２Ｄ、ＬＳ－ＤＹＮＡ３Ｄ、ＬＳ－ＴＯＰＡＺ２Ｄ、ＬＳ－ＴＯＰＡＺ３Ｄ等程序合成一个软件包，称为ＬＳ－ＤＹＮＡ。
ＬＳ－ＤＹＮＡ的最新版本２００４年８月推出的９７０版。
ＬＳ－ＤＹＮＡ的发展与汽车碰撞仿真密不可分，在汽车行业中，ＣＡＥ仿真分析快速增长的需求和机遇主要是受碰撞法规的驱动，如在１９８５－２００２年之间，法规实验的要求增加了差不多２０倍。
其次是从１９８５年以来计算机硬件、软件的迅速发展和汽车厂商对计算机资源的广泛应用。
引言据统计，汽车侧面碰撞事故导致的死亡率比较高（约占事故死亡总人数的34%）[1]。
主要原因为碰撞受力面积小，碰撞力集中，对乘员的伤害很大。
车门是侧面柱碰撞过程中主要的承力部件，提高车门防撞性的主要措施是在车门内部加装防撞梁[2-3]。
超高强钢在汽车领域逐渐得到应用，如22MnB5等。
国内如宝钢于2006年研发了热冲压用钢（冷轧B1500HS、热轧BRl500HS）[4]，可用于生产防撞部件、加强部件等。
本文采用有限元仿真软件LS-DYNA，对BR1500HS高强钢车门防撞梁进行碰撞仿真。
１ ＬＳ－ＤＹＮＡ的理论基础根据动力学问题的分析方法，离散化的结构动力方程为：()()()()()Mx t P t F t H t Cx t=−+−（1）式中，M为结构质量矩阵；C为阻尼矩阵；x(t)和x4(t)分别为节点的加速度向量和速度向量；P(t)、F(t)、H(t)分别为载荷向量、内力向量、沙漏阻力向量。
LS-DYNA采取变步长积分算法，积分步长必须小于某个临界值。
一般情况下，积分补偿取决于网格中的最小单元尺寸。
各单元类型的临界积分步长为：∆t e=α(l e/c) （2）式中，∆t e表示单元e的临界时间步长；α为时间步长因子，缺省值为0.9；l e为单元e的特征尺寸；c为纵波的波速。
LS-DYNA采用基于主、从表面的动态接触算法，其缺省接触算法是对称罚函数法，程序在每一时步对从节点和主节点分别进行穿透检查。
当前时间步若发生了穿透，则在从节点上施加法向接触力，按式（3）计算：f=k∆（3）i为接触刚度因子[5]。
单独对其碰撞变形情况进行仿真。
NACP中的侧面柱碰撞要求，在软件2mm，刚性柱的直径为254mm。
型导入ANSYS Workbench中进行前处理。
BR1500HS高强钢的密度为7850kg/m3，杨氏模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，屈服强度为1200MPa。
将圆柱体定义为刚性体。
