壓潰的案例
軸向沖擊下地鐵防撞壓潰管的動態特性分析
防撞壓潰管安裝于地鐵列車的車鉤上，具有較大的能量吸收能力，是一種不可恢復變形的能量吸收裝置。對于地鐵壓潰管來說，一般采用薄壁管吸能構件。在正常使用中，車鉤在受到牽引工況時，牽引載荷會通過壓潰管內部的剛性連接來傳遞，變形元件不受到影響；車鉤在受到壓縮工況時，車鉤的壓載荷遠低于壓潰管的設定力值，變形元件不發生動作，壓縮能量由車鉤緩沖器來吸收。當列車碰撞速度大于10km/h時，車鉤受到的縱向壓載荷大于壓潰管設定值，壓潰管就發生作用產生塑性變形，最大限度吸收沖擊能量，以達到保證車上人身安全和保護車輛設備目的。
1 模型建立
1.1 幾何模型
以國產某型號地鐵前端防撞壓潰管為研究對象，整個吸能薄壁管的壁厚為t為6mm，長和寬為 130mm×80mm，高 H為 700mm 的薄壁管，在壓潰管上端進行挖槽，槽的長寬深為110mm×8mm×4mm。并經其將其安裝在固定剛性墻上，固定剛性墻長和寬為190mm×140mm，厚度為1mm，其幾何模型如圖 1 所示。
1.2 有限元模型
1）網格劃分
為了研究防撞壓潰管的耐撞性，本文使用非線性有限元軟件 LS-DYNA 對其進行數值仿真分析。利用 Hypermesh 前處理軟件對吸能結構的幾何模型進行網格劃分，得到如圖 2 所示的有限元模型，包括壓潰管、固定剛性墻以及壓縮墻三個部分。為了準確模擬吸能結構的變形，采用 4mm×4mm 的四邊形殼單元，單元厚度方向采用3點積分，面內采用單點積分。在模擬碰撞時，吸能結構的自接觸采用“AUTOMATIC_SINGLE_SUＲFACE”接觸算法。接觸的靜摩擦因數設為0.3，動摩擦因數設為0.1。
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1、 引言
防沖吸能構件是通過塑性變形吸收能量來確保煤礦井下液壓支架在沖擊地壓發生時正常工作的關鍵構件，在防治沖擊地壓災害方面具有重要作用。該構件既能在準靜態支護過程中與液壓立柱共同提供工作阻力，又能在沖擊地壓發生時快速變形吸收能量，從而保證整個巷道支護系統不因沖擊而變形或崩塌。本案例圍繞吸能構件壓潰變形展開建模復現，借助ABAQUS有限元軟件進行數值模擬。本次復現主要聚焦于建模過程教學，不涉及參數優化內容。
2、 幾何模型與材料參數
（1） 模型構建：
本案例采用三維可變形殼單元構建吸能構件模型，殼單元厚度為8 mm，采用三維離散剛性殼單元構建剛性板。為保證吸能構件計算精度，將其網格邊長設置為5 mm，因本案例僅模擬吸能構件的壓潰變形，可將剛性板的網格邊長設為50 mm，既能避免因網格尺寸過小導致的計算速度緩慢，又能避免因網格尺寸過大導致的模型不收斂，數值模型如下圖所示：
圖1吸能構件
圖2 剛性板
圖3 吸能構件壓潰變形數值模型
6、 計算結果
圖9 位移云圖
圖10應變云圖
7、 結論與拓展應用
（1） 結論
有限元模型可以較為準確地模擬吸能構件的壓潰變形過程，并可進一步分析其防沖吸能性能，吸能構件厚度、材料強度及其塑性變形特征均為其防沖吸能性能的關鍵影響因素。
（2） 工程建議
在實際工程設計中，可通過增加吸能構件壁厚、提高鋼材強度，以及根據其塑性變形特點設計吸能構件形狀等方法，提高其防沖吸能性能，進而增強煤礦井下巷道支護性能。
（3） 拓展方向
該模擬方法可用于其他類型吸能構件的壓潰變形模擬分析及吸能構件性能優化設計。
8、 附件：本案例中的全過程教學（文字）、abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）
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后續將推出單向帶層壓板壓潰分析案例，敬請關注！
【案例分享】鋁合金殼柱壓潰
【案例分享】鋁合金殼柱壓潰
為0.5噸重物以20m/s速度沖擊雙管殼柱模型的仿真模型，其中左邊模型中的材料未考慮損傷演化；右側為考慮損傷演化的情況，出現了材料的失效和剝離。表明Abaqus提供的材料損傷模型可以模擬殼體結構發生大范圍屈曲、破壞的過程。
源自幫助文檔案例手冊2.1.16
inp文件請到幫助文檔案例手冊2.1.16中下載
公眾號【星辰北極星】回復“殼柱壓縮”獲得cae文件（abaqus2017）
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基于LS-DYNA的某車門壓潰仿真分析
圖5 承載力曲線
圖6 峰值時刻變形圖
本文參考試驗情況，基于LS-DYNA建立某車門壓潰碰撞仿真模型，通過仿真手段模擬得到車門壓潰的承載力峰值，為車門設計和整車碰撞提供依據。
基于hyperworks+lsdyna吸能盒簡易壓潰仿真分析 ￥30
壓潰變形結果
初始模型
目的是通過這樣一個模型簡易模擬其它吸能盒結構及材料，觀察其在碰撞過程中的變形模式，初步驗證方案可行性。
復合材料圓管壓潰
復合材料圓管，鋪了6層，壓潰沒有開花狀形貌。 用的是abaqus自帶的損傷子程序，是需要用其他的子程序嗎？還是材料參數的問題？求助大佬指點一下?? （附一些試過的材料參數）
LS-DYNA 擠壓鋁型材軸向壓潰分析 ￥5
基于LS-DYNA，分析擠壓鋁型材的軸向壓潰特性，動畫如下圖。
基于宏觀斷裂力學的CFRP薄壁結構耐撞性能研究及應用
依據載荷-位移曲線中初始峰值力出現的位移（d=2.3 mm）將CFRP薄壁圓管的壓潰過程分為兩個階段：（1）預壓潰變形階段（0～2.3 mm）。在預壓潰變形階段，圓管倒角處首先與上壓板接觸，基體開始發生斷裂，并伴隨少量的碳纖維斷裂，此時試件無明顯的分層破壞變形，但CFRP圓管發生彈性變形，其載荷-位移曲線呈現出線性關系，隨著壓潰位移增加至d=2.3 mm左右，載荷迅速增長至最大峰值力，大小約為35 kN。（2）漸進壓潰失效變形階段（2.3～80 mm）。在漸進壓潰失效變形階段初期，圓管頂端開始撕裂，出現了分層現象。緊接著圓管向四周開裂，此時在中心處出現裂紋，圓管開始發生分層破壞。隨著壓潰位移繼續增加，層內與層間裂紋繼續擴展，CFRP圓管被裂紋撕開成內層和外層。當CFRP薄壁圓管出現分層后，外層層束向外撕裂并隨著壓潰位移的增加以特定曲率半徑進行翻卷，而內層層束則是向內彎曲發生斷裂，發生所謂的“開花”變形模式。漸進壓潰失效過程是CFRP薄壁圓管主要的吸能過程，能量通過纖維的斷裂、基體的開裂以及鋪層之間的分層進行耗散，且CFRP圓管破壞程度越大，總吸能也就越多。
圖5 CFRP薄壁圓管載荷-位移曲線
圖6 CFRP薄壁圓管變形結果
根據CFRP薄壁圓管的載荷-位移曲線數據，通過式（13）～（16）計算得到CFRP圓管的耐撞性能指標，見表3。
展開 多尺度晶體塑性模擬文章推薦
文章名稱《Concurrent multi-scale crush simulations with a crystal plasticity model》
DOI：10.1016/j.tws.2011.12.019
在汽車防撞梁、吸能盒和薄壁管結構中，壓潰吸能能力直接影響結構安全性。傳統有限元分析通常采用各向同性塑性模型，通過宏觀應力–應變曲線描述材料響應。但實際金屬材料并不是“均勻黑箱”：晶粒取向、滑移系激活、織構演化都會影響局部塑性變形，尤其在薄壁管壓潰這類大變形、強局部化問題中，微觀結構可能對吸能行為產生重要影響。
壓潰模型示意圖：
Najafi、Marin 和 Rais-Rohani 的文章《Concurrent multi-scale crush simulations with a crystal plasticity model》正是針對這一問題展開研究。作者關注的是：在方形薄壁管軸向壓潰過程中，材料初始織構及其演化是否會影響整體壓潰力、平均吸能能力和局部折疊模式。
為解決這一問題，作者提出了一種并發多尺度建模方法：宏觀結構層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經驗塑性曲線，而是能夠實時考慮晶粒取向和織構演化對結構響應的影響。
文章中，作者首先通過單元模型分別施加拉伸、壓縮和簡單剪切，生成不同初始織構；隨后將這些織構賦予方管模型，并進行軸向壓潰模擬。
結果表明，雖然不同織構對整體折疊形貌的影響并不總是非常顯著，但對壓潰力–位移曲線、平均壓潰力和能量吸收能力具有明顯影響。
展開 干貨分享（三）：方向盤管柱建模
轉向系統吸能壓潰建模研究：
1、目的：確保利用LS-DYNA建立的乘員約束系統仿真模型的準確性。
2、lEASC 的作用：在汽車碰撞事故中，通過壓潰或破壞系統的指定部件，最小化駕駛員承受的傷害。仿真建模時，需要考慮在碰撞時，轉向系統壓潰過程中，與駕駛員之間軸向與側向的作用力。
3、建模方法： 1.對轉向管柱進行詳細建模，詳細模擬轉向管柱的壓潰吸能行為；
2.考慮目前某些條件不成熟的情況，對轉向管柱某些特征進行簡化建模，盡可能準確模擬轉向 管柱的壓潰吸能行為。
4、驗證仿真模型準確性方法：參考《GB 11557-2011 轉向機構對駕駛員的傷害》建立相應的模型進行分析，并與試驗進行對標驗證。
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電動汽車電機懸置框架的安全性能和輕量化研究
方案四的整車加速度為34.1g；發動機艙變形如圖5所示，吸能盒正常潰縮；左前縱梁前段壓潰良好，后段在折彎點處折彎變形；框架上的電器件與周邊無明顯擠壓，蓄電池和線束無起火風險。經過優化后的鋁合金框架整體重量為4.2kg，重量較鋼質材料減輕了2.8kg。
4結論
本文研究了某SUV電動汽車電機懸置框架的結構和布置設計，并通過CAE分析進行設計優化，提高安全性和實現輕量化。
①上掛式的左右懸置和嵌入式后懸置的布置方式對MPDB的電安全性改善明顯；框架橫梁的跨度建議在300mm左右，減小跨度可增加縱梁的壓潰吸能空間，有利于縱梁壓潰變形。
②鋁合金材料框架的MPDB碰撞性能優于型鋼材料框架，并且鋁合金框架的整體重量減輕了2.8kg，輕量化效果顯著。
展開 空心薄壁梁結構研究分析
空心薄壁梁結構具有重量輕、 強度高等特點， 是一種最常見的吸能元件， 被廣泛
用于汽車等交通工具中作為緩沖吸能構件， 空心薄壁梁有三種主要的變形模式， 即彎
曲， 扭轉和軸向壓潰。 空心薄壁梁結構受到沖擊載荷時會產生很大的壓潰行程， 從而
通過自身的塑性變形來消耗沖擊的能量。 在正面碰撞中， 如果空心薄壁梁產生規則的
手風琴式軸向對稱變形即軸向壓潰， 則可以表現出很好的碰撞吸能特性。 國內外的學
者很早就發現了空心薄壁梁的這一妙用并對此做了大量的理論實驗分析并取得了巨
大的成就， 但由于空心薄壁梁其本身變形機制的理論表達比較復雜， 實際碰撞過程中
軸向力也存在偏心等其他多變情況， 因此直到今天， 研究空心薄壁梁在軸向沖擊載荷
下的變形模式及其吸能特性這一課題仍然重要并且必要。
展開 從入門到精通 | LS-DYNA案例學習系列Ⅰ
今天我們整理了六個經典案例學習視頻，希望能幫助用戶更好的運用LS-DYNA，私信回復關鍵詞可獲取相關模型：
LS-DYNA模擬小球跌落沖擊仿真
LS-DYNA模擬吸能盒壓潰變形
如何使用LS-PrePost幾何功能創建一個瓶子
如何利用LS-PrePost的Solution Explorer創建一個SALE模型
使用LS-PrePost BlockM功能創建六面體網格
使用LS-PrePost AutoMesh功能創建殼網格
案例展示
案例1：基于LS-DYNA模擬小球跌落沖擊，包括在LS-PrePost中生成網格，設置材料屬性，接觸，初始速度，以及后處理生成圖片和動畫
模型說明：半徑為15mm的鋼球以25m/s的速度撞擊0.1mm厚度鋁板
完整展示：基于LS-DYNA模擬小球跌?落沖擊??
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案例2：基于LS-DYNA模擬吸能盒壓潰變形，包括外部網格的導入、剛性墻的設置、輸出點的設置以及結果后處理
模型說明：吸能盒以30km/h的速度撞擊剛性墻，同時在吸能盒底端施加200kg的集中質量
完整展示：基于LS-DYNA模擬吸能盒壓潰變形??
私信回復 “吸能盒壓潰變形” 即可獲取模型！
展開 基于LS-DYNA的吸能薄壁結構沖擊模擬
吸能元件耗散沖擊能量可以通過結構發生極大變形來實現，在特定的安全許可范圍內，吸能元件發生不可逆破壞，隨沖擊事件的進行結構表現為從一端開始漸進的壓潰，并有很大的行程。此時，沖擊能隨元件的漸進壓潰而被均勻的耗散，瞬時沖擊載荷強度因而大大降低。顯然，為了滿足碰撞安全性能以保障重要物品和人員不受過載損傷，通過合理地設計和布置緩沖吸能元件從而保證結構能以極大變形壓潰是提高耐撞性能的正確途徑，這就對吸能元件的設計提出了要求。
金屬薄壁結構在軸壓載荷下能發生穩定的漸進失效，通過塑性變形吸收能量。滿壁圓筒具有經濟性、有效性、可靠性等特點，常被用作沖擊吸能裝置。作為吸能元件，除了軸向布置外，考慮到結構的要求，也可采用徑向布置吸收能量。同時，為了提高比吸能，也可以在專用吸能構件中開設孔洞，達到耗能的目的。殼體在徑向沖量外壓作用時引起的呼吸振型，使圓簡殼的環向應力產生周期性的變化，這種參數載荷在一定條件下可以激起殼體周向的彎曲振型，而使殼體喪失穩定。這些振型被稱為非線性自參數激勵，這種屈曲叫做自動參數振動屈曲。
2、模型設置
本文對六邊形形狀薄壁結構進行沖擊模擬，結構具體形式如下圖所示:
沖擊載荷施加在薄壁結構的節點上，具體速度設置如下:
結構假定為理性剛塑性材料，采用非線性各向同性隨動強化模型，具體參數設置如下:
模型中采用殼單元模擬該薄壁結構，接觸類型為自動單面接觸，為保證分析結果的正確，必須有效控制分析中可能出現的沙漏變形。墻體設置為剛體，這樣既可以提高計算速度也可以保證結果的準確性。
3、結果分析
由以上結果可以看出，LS-DYNA能夠較好的模擬出本結構受沖擊后的變形狀態，基本達到分析預期，說明LS-DYNA可以為這方面的研究提供可靠分析工具。
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