概述

根據世界衛生組織發布的《2018 年全球道路安全現狀報告》中統計，全球每年約有 135 萬人在道路交通事故中喪生，相當于每 24 秒就有 1 人因交通事故失去生命，另外還有 2000 萬至 5000 萬人受到非致命傷害，道路交通傷害已經成為全球第八大死因。

近年來，中國駕駛人數量、機動車保有量、道路里程持續增長，道路交通出行的體量巨大，從“硬件”來看，中國已進入汽車社會，成為交通大國。在我國，道路交通事故問題同樣嚴峻。根據《中華人民共和國道路交通事故統計年報》統計，2017~2020年我國交通事故年均發生23.51萬次，年均死亡人數達到 6.29 萬人，另有 24.38 萬人受到非致命傷害。另外，兒童道路交通傷害已經成為我國 1~14 歲兒童第二大傷害死因，15~19 歲青少年第一大傷害死因。

汽車的碰撞安全性能一直是汽車廠商、消費者和政府部門高度重視的問題。各個國家和地區的汽車上市銷售之前，均需要滿足當地的汽車碰撞安全性能測試法規。除此之外，各個地區的新車評價規程（NCAP）和保險協會制定的測試規程對于汽車的碰撞安全性能有著更嚴格的評價指標。汽車的的碰撞安全性能不僅直接關系到交通參與者的安全，對于汽車廠商的口碑和消費者購買意愿也會產生較大的影響。因此，汽車的碰撞安全性能開發已是汽車設計開發流程中不可或缺的關鍵環節。

碰撞安全法規與評價規程

由于汽車事故造成的巨大損失，世界各發達國家都對汽車碰撞安全性做出了強制性要求并建立了各自的法規。在所有市場，所銷售車輛必須通過當地的法規認證才能夠進行上牌，安全就會是其中一項必須滿足的最低安全標準。

目前在全球的汽車碰撞安全標準法規發面，主要分為四大體系:歐洲、日本、美國和中國。總的來說，四大體系主要考核汽車正面碰撞、側面碰撞和尾部碰撞，根據實際情況碰撞試驗工況略微有些區別。除了規定車輛對于車內乘員的保護性能以外，對于車外行人的保護也有相應要求。具體工況如下面圖1 和圖 2 中所示。

世界各國家與地區碰撞安全法規概述

世界各國家與地區碰撞安全法規工況圖

實際上，大多數消費者所熟悉的不是這些法規標準，而是表示碰撞安全程度的星級指標，也就是 NCAP的碰撞測試評級。NCAP（New CarAssessment Program，新車評價規程）是一個行業性組織，最早出現在美國，現以歐洲的最具影響力。該組織定期的將市場上出現的新車進行碰撞測試，它規定的實車碰撞的工況往往比以上政府制定的測試工況更為嚴苛，在更嚴重的環境下評價車內乘員和車外行人的傷害程度，得到了世界眾多汽車生產企業和消費者的認同。中國汽車技術研究中心于2006年3月2日正式發布的首版中國新車評價規程(C-NCAP)。C-NCAP 以更嚴格、更全面的要求，對車輛進行全方位安全性能測試，包括乘員保護、行人保護、主動安全等，從而給予消費者更加系統、客觀的車輛安全信息，促進汽車企業不斷提升整車安全性能。中國新車評價規程每三年進行一次規程改版，先后完成6 個版本的制修訂，已與全球 NCAP 體系全面接軌，最新版本為 2021 版。

世界各國家與地區新車評價規程（NCAP）概述

除了消費者，保險業也十分關心車輛的安全性能，因為其大量的保單產生在汽車領域，所以他們有對汽車安全指數評估的需求。在美國、德國等汽車發達國家，車型安全系數已作為車險中車型定價的重要因子。美國公路安全保險協會 （Insurance Institute for Highway Safety，簡稱 IIHS）設立的碰撞安全測試標準是世界安全標準的重要組成部分。

在借鑒國際成熟經驗（IIHS）的基礎上，結合中國汽車保險與車輛安全技術現狀，中國汽車工程研究院與中保研汽車技術研究院共同成立碰撞機構推出中國保險汽車安全指數（CIASI），并于 2018 年發布第一批車型的測評結果。

C-IASI 25%偏置碰撞測試

Ansys LS-DYNA：汽車碰撞安全仿真行業標桿

汽車的碰撞安全性能最終需要經過實車試驗來檢驗，但實車試驗不僅成本高昂，而且需要在車輛試制階段才能開始進行，基于試驗結果進行方案修改的成本和周期較長。通過 CAE 仿真方案，可以在設計階段進行性能虛擬測試，快速且低成本的進行設計方案迭代，得到性能和成本最優方案，加快研發周期，降低研發和生產成本。

LS-DYNA 作為世界上最著名的通用非線性有限元分析程序，是公認的顯式有限元程序的鼻祖和理論先導，適合求解各種結構的跌落、碰撞、沖擊、爆破以及金屬成型等高度非線性瞬態動力學問題。LS-DYNA 能在全合的數學框架中仿真車輛結構以及輪胎、座椅、安全帶氣囊、加速計、傳感器、電池等所有部件的行為，能準確預測車輛行為以及汽車碰撞對乘員產生的影響。正因為如此，LS-DYNA 被汽車行業廣泛的采用，成為汽車碰撞領域的黃金標準解決方案，為用戶提供車身耐撞性和強度、乘員保護、約束系統、行人保護以及整車電安全的全方位解決方案，包括但不限于：

? 車身耐撞性和強度

‐ 碰撞分析

‐ 頂蓋靜壓分析

‐ 安全帶固定點強度

‐ ISOFIX 強度

‐ 車門強度

‐ 車頂抗凹

? 乘員保護與約束系統

‐ 安全帶、滑環、卷收器、預緊器單元

‐ 多種氣囊展開方法（CV/ALE/CPM）

‐ OOP 離位氣囊展開

‐ 座椅鞭打

‐ 兒童座椅

‐ 內飾碰撞

‐ 轉向機構

‐ 車內顯示屏

‐ 行李箱撞擊

? 行人保護

‐ 行人保護頭部碰撞

‐ 行人保護腿部碰撞

‐ 行人安全氣囊

‐ 主動機蓋

? 整車電安全

‐ 跌落分析

‐ 機械沖擊分析

‐ 針刺、擠壓

‐ 內部/外部短路

ANSYS LST 為 LS-DYNA 用戶開發碰撞假人、沖擊器、壁障以及輪胎有限元模型，幫助 客戶降低開發成本。模型均經過試驗對標驗證，包括：

? 壁障模型

‐ ODB 壁障

‐ OMDB 壁障

‐ MPDB 壁障

‐ FMVSS 214 MDB 壁障

‐ ECE R_95 MDB 壁障

‐ AE-MDB 壁障

‐ IIHS MDB 壁障

‐ RCAR 保險杠壁障

‐ FMVSS 301 MCB 壁障

? 假人模型

‐ HYBRID III 50th Percentile

‐ HYBRID III 5th Percentile

‐ HYBRID III 95th Percentile

‐ WorldSID 50th Percentile

‐ SID-IIs 5th Percentile

‐ ES-2 50th Percentile

‐ ES-2re 50th Percentile

‐ USSID

‐ HYBRID III 6-year-old

‐ Rigid Hybrid II Outer Shape for ECE-R29

? 沖擊器模型

‐ Free Motion Headform (FMH)

‐ Pedestrian Headform Adult

‐ Pedestrian Headfrom Child

‐ Pedestrian Legforms

? 輪胎模型

‐ P155_65_R14, P234_45_R19, P235_55_R19

‐ P235_65_R17, P245_50_R20, P245_75_R17

‐ P255_70_R18, P275_65_R18, P305_35_R20

LS-DYNA 在全球范圍內擁有非常廣泛的用戶群體，涵蓋汽車、航空航天、國防、軍工、加工制造、土木建筑、電子、石油化工、生物醫學等多個領域。在全球市場 LS-DYNA 的全球用戶會議收錄了超過 2000 篇經過同行評議的高質量技術文章。全球 Top 20 整車 OEM 廠商和Top 20 的飛機 OEM 廠商中，LS-DYNA 的用戶比例超過 85%。

在顯式動力學商業軟件領域，LS-DYNA 的全球市場份額更是處于絕對領先地位。根據招聘網站 Indeed 在 2018 年的一項統計數據，LS-DYNA 的崗位需求數量在同類軟件中也是占據絕對主導。一方面佐證了 LS-DYNA 領先的行業地位，另一方面也說明了 LS-DYNA 擁有龐大的技術和工程師資源。

LS-DYNA先進技術用戶案例

LS-DYNA 作為行業的先行者，經過超過 40 年的發展，其無論是功能的廣度、深度和穩定性都在業內處于領先地位。在材料失效、安全氣囊、安全帶、假人模型、行人保護、電池分析等方面有者不可替代的技術。

Ansys/LST 和客戶一起合作，不斷探索、開發和完善 LS-DYNA 的先進技術和功能，引領技術潮流，保持行業前沿領先地位。以下是部分 LS-DYNA 先進技術客戶應用案例。

1）奧托立夫使用 LS-DYNA 種的基于分子動力學開發的 CPM 方法進行氣囊展開和沖擊分析，得益于其在展開階段的壓力高精度和良好的并行加速，在側氣囊、側氣簾、離位氣囊展開得到了很好的應用。

離位氣囊分析

側氣簾分析

2）戴姆勒利用 LS-OPT 工具進行 GISSMO 材料參數識別，并將其應用 LS-DYNA 模型中，B 柱變形和斷裂與試驗吻合較好。

B 柱沖擊分析

3）寶馬利用 LS-DYNA IGA 等幾何分析技術，進行前艙碰撞仿真。

前艙 IGA 與 FEM 混合建模

4）延鋒安道拓借助LS-DYNA Explicit和Implicit求解功能，進行座椅多個工況性能開發，利用 LS-OPT 進行設計參數優化。

座椅分析工況

5）福特使用 LS-DYNA EM 等效電路模型功能進行電池多物理場仿真。

多物理場電池擠壓

6）南京福特使用 LS-DYNA SPG 技術模擬自沖鉚過程。

自沖鉚加工過程

7）長城使用*DEFINE_PRESSURE_TUBE 關鍵字，模擬行人保護壓力管傳感器。

壓力管

8）Ansys/LST 與 FCA（菲亞特-克萊斯勒）合作研發輪胎模型，用于小偏碰工況的輪胎漏氣性能仿真。

9）通用使用 LS-DYNA ISPH 算法進行悍馬電動版涉水仿真模擬。

車輛涉水

總結

LS-DYNA 作為顯式動力學軟件的鼻祖和領導者，擁有超過 40 年的發展歷史，在汽車碰撞領域擁有大量的獨特前沿技術。幫助 LS-DYNA 的用戶時刻處于行業技術領先地位。被業界公認為汽車碰撞領域的標準工具，積攢了大量的工程經驗和社會人才資源，LS-DYNA 擁有超過 100 名開發人員，與客戶進行深度合作，能夠快速的響應客戶的需求和反饋。汽車及其零部件行業選擇 LS-DYNA 的十點理由：

1. 全球目前超過 85%的汽車公司使用 LS-DYNA。

隨著寶馬在 2020 年轉向 ANSYS LS-DYNA，這一比例也在增加；

2. 汽車公司的供應商在普遍使用 LS-DYNA。

比如：安全氣囊和約束系統供應商使用 LS-DYNA。這些公司一直在開發新技術，這些新 技術會被引入到碰撞模型中，而這些新技術會在 LS-DYNA 中實現；

3. 假人制造商開發的碰撞模擬中使用的假人模型通常是為 LS-DYNA 開發的。

這是因為他們最大的用戶群使用 LS-DYNA。這個龐大的用戶群的好處是，它允許假人供應商愿意為其研發精確和穩定的虛擬模型。準確、可靠的假人模型是汽車企業所需要的，對汽車企業的產品安全技術至關重要。

4. 為商業用途開發的人體（生物）模型首先在 LS-DYNA 中開發。

然后，它被改動用于其他軟件代碼。這為 LS-DYNA 用戶提供了更大的準確性優勢。通過選擇 LS-DYNA 作為第一個代碼并發現它是成功的，LS-DYNA 在業界具有成熟的優勢；

這對潛在的 LS-DYNA 用戶來說是一大優勢，因為他們可以使用成熟的 LS-DYNA 模型。 其他軟件代碼的模型可能不那么準確，或者在一些競爭代碼中不可用。

5. 今天的車輛廣泛使用先進的安全氣囊和安全帶約束系統。

LS-DYNA 具備完善的安全氣囊和約束系統建模功能，并保持技術更新，以滿足大量用戶對新技術的要求。ANSYS LST 為 LS-DYNA 用戶提供安全氣囊和約束系統相關高級功能；

6. ANSYS LST 向所有獲得許可的 LS-DYNA 用戶免費提供 LST 假人、壁障、輪胎模型。

LST 假人、壁障、輪胎模型是與我們的用戶密切合作開發的。這些虛擬模型和壁障模型不斷更新。所有更新均向 LS-DYNA 用戶免費發布；

7. ANSYS LST 向所有許可的 LS-DYNA 用戶免費提供參數優化軟件 LS-OPT 和拓撲優化軟件 LS-Tasc。

它們與 LS-DYNA 緊密集成，使用戶能夠使用優化技術開發其產品，以幫助快速開發產品；

8. 與 LS-DYNA 的競爭產品不同，LS-DYNA 在一個代碼中包含所有模塊。

LS-DYNA 中的單個模塊已經成熟，這使得 LST 開發可以專注于提供多物理場功能，使用戶能夠在一個代碼中解決緊密耦合的問題；

在一個代碼中為用戶提供的解算器（顯式、隱式、熱、ALE、SPH、電磁、ICFD 等）。這通過在一個代碼中使用一個模型來解決問題，從而降低了用戶的成本。其他代碼要求用戶具備使用不同代碼分別解決這些問題的專業技能；

9. LS-DYNA 是全世界幾乎所有相關研究機構的首選工具。

研究機構產生了滿足未來需求的新技術，技術成熟后，ANSYS LST 會在軟件中實現這些 新方法，使其可用于商業用途，而不向用戶收取額外費用；

10. 由于全球 LS-DYNA 用戶群較大，與競爭代碼相比，找到具有 LS-DYNA 經驗的訓練有素的工程師相對容易。

由于上述原因，大型汽車公司和航空航天、國防以及制造業、供應商、咨詢公司和高校一 直在使用 LS-DYNA，或者正在轉向 LS-DYNA。

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