碰撞失效的案例
超高強鋼材料碰撞失效行為仿真預測技術研究
摘 要：為了提高超高強鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為仿真預測精度，對比分析了主流求解器LS＿DYNA中GISSMO等6種典型失效模型的原理，并針對GISSMO失效模型中影響整車碰撞失效仿真精度最為關鍵的參數材料斷裂極限應變及網格尺寸修正特性設置方法進行了研究。斷裂極限應變標定過程中應變路徑存在非線性，需要采用加載歷程平均應力三軸度來進行描述；默認的網格修正設置方法難以兼顧不同應力狀態，采用自定義的網格尺寸修正設置方法可以有效提高典型應力狀態下不同網格尺寸模型仿真預測結果的一致性。
關鍵詞：超高強鋼;失效;GISSMO;
1 前言
節能與安全是汽車行業一直以來關注的兩大話題。近年來，實現汽車燃油經濟性目標，整車整備質量持續下降，車身輕量化重要性進一步凸顯；另一方面，行業安全法規也在持續加嚴，對車身結構強度提出了更高的要求[1]。超高強鋼材料兼具輕量化、性能與綜合應用成本優勢，近年來在汽車行業應用范圍不斷增加。隨著汽車行業安全法規不斷升級，超高強鋼結構件在汽車碰撞過程中需要吸收更大的能量；同時，隨著材料強度的上升，其韌性通常會有所下降[2]，因而導致車輛關鍵結構件在碰撞過程中開裂失效風險顯著增加，嚴重影響車輛被動安全性能。為此，汽車行業普遍采用有限元仿真分析方法來預測超高強鋼材料在碰撞工況下的失效行為[3,4,5,6,7]，為車輛結構與用材設計提供優化方向。
本研究介紹了目前超高強鋼材料碰撞失效行為預測領域的最新研究進展，并針對目前常用的網格尺寸縮放問題進行了研究，可以為提高超高強鋼材料在整車碰撞過程中的失效行為預測精度提供一定的參考。
2 失效模型選擇
對于超高強鋼等金屬材料而言，韌性斷裂是其最主要的失效形式，采用基于應變的失效模型可以更好地預測其失效行為。
展開 【論文解讀】汽車一維焊點失效模擬-碰撞安全
應用案例
在某車型車身總成碰撞試驗中， 前地板與門檻結合處出現 5 個焊點開裂， 如圖8 ， 通過本文的焊點試驗方法， 建立一維焊點模型， 多層焊分解成多個兩層焊點連接， 通過力學試驗標定了附近不同板厚、材料的零件之間焊點的參數， 開裂處焊 點 極 限 拉 伸 和 剪 切 力 分 別 為 8． 2 kN 和14． 4 kN，應用到碰撞仿真中， Pam － Crash 計算結果如圖 8( 中) ， 焊點開裂情況和試驗一致。對焊點的數量進行優化， 增加了 5 個焊點后， 如圖 8( 右) ，仿真結果顯示碰撞后結構保持完整， 能夠滿足碰撞安全要求。焊點失效參數數據庫建設到一定規模后， 即可在整車范圍的焊點模型使用經過試驗標定的失效參數，在開發過程中不斷優化存在碰撞失效風險的焊點，模型的精確性能夠得到保證。
本論文研究了在轎車有限元碰撞仿真中準確模擬焊點失效的方法。對點焊樣件進行拉伸和剪切力學實驗，建立了試驗的一維焊點有限元模型和相應的失效模型，使用數值優化等方法，對焊點失效模型的參數進行了校核標定，使仿真中焊點的受力和失效后吸收的能量與試驗的偏差最小。應用此方法在仿真中再現并解決了某次碰撞試驗中出現的焊點開裂問題。提出了建立車身焊點失效參數數據庫的設想。
[1]連志斌,劉雍.基于試驗標定的轎車碰撞焊點失效模擬方法研究[J].上海汽車,2015(06):50-53.
大家好，為了更好地提升自己，幫助自己對最新研究進行整理和復盤，本人在學習相關文獻時會進行相關總結和分享，希望對大家有所幫助和啟發，有問題請及時反饋和聯系，謝謝！
展開 汽車碰撞中低壓線束的失效評價方法研究
目前業界對汽車電路系統的碰撞保護研究多集中在油電混合動力或純電動車輛的高壓電路系統上，并且將其分為高壓元器件和高壓線束進行研究，高壓元器件的碰撞損傷評價主要以元器件外殼是否超過其所用材料斷裂應變來判斷，而高壓線束的失效風險評價大多以其是否會受到明顯擠壓進行主觀判定，并無較為明確的量化評價指標。接桂利、朱西產團隊用CAE 分析的方法對高壓元器件和高壓線束進行碰撞評價，其中高壓線束采用四面體實體單元建模，以是否被擠壓進行風險判斷[4]；曾澤江對高壓線束采用六面體+四面體實體單元的方式進行了精細化建模，同樣采用是否有擠壓或剪切風險進行風險判斷[5]。這些研究對車輛上大量使用的低壓線束并未過多涉及，并且僅是按照碰撞過程中是否有擠壓或剪切風險進行定性判定，而這些低壓線束不僅在功能上與高壓模塊及高壓線束強相關，而且其失效往往同樣會引起較大的安全事故，需要引起足夠的重視。
低壓線束在整車碰撞工況中的失效情況包括切割和擠壓2 類。切割失效主要是零件銳邊與線束的點面接觸或線面接觸導致線束被割破，甚至割斷；擠壓失效主要是零件沿碰撞方向對線束進行擠壓，導致線束絕緣皮破損，金屬導線部分露出[6]。切割風險主要通過前期布置設計規避，本文重點研究線束在碰撞擠壓時可承受的擠壓失效極限，以期獲得相應的設計評價指標。
展開 【論文解讀】焊點力學模型失效參數獲取試驗-碰撞安全
在整車碰撞模型中進行焊點失效預測，并通過與實車碰撞結果的對比，表明該方法能準確預測出實車碰撞中的焊點失效情況，對整車碰撞安全設計具有指導意義。
[1]季鈺榮,孫曉嶼.整車焊點失效預測的研究及應用[J].汽車工程,2019,41(02):219-224.
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LS-DYNA定義材料失效在碰撞分析中的應用
沖擊速度設置：
重力設置：
（1）定義重力曲線
（2）重力加載
碰撞接觸設置
邊界約束：圖示處固定約束
結束時間設置：
結果:
結果分析
本案例通過定義合適的失效應變，對失效單元進行刪除。
使用該方法時，需要注意兩點，一是模型中開裂破壞的部分必須劃分較密的網格，否則大量單元失效將導致計算結果較大的誤差；二是選取適當的失效判定依據和閾值，算法可以通過定義失效應變閾值控制單元失效，閾值太小，單元過早刪除，或閾值太大，單元發生了不切實際的大變形，均會導致結果產生較大的誤差。因此，計算中應當根據計算結果和試驗結果的對照來確定閾值。
另外在動力沖擊計算中，很容易產生負體積。現就一些關于負體積的經驗進行分享：
LS-DYNA出現負體積的原因
網格品質：單元長寬比較大時，一旦受力，短邊容易出現負體積。
材料模型，所選材料模型不合適，受力后形成沖擊，引起很大變形容易引起負體積。例如MAT_001。
模型設定：若給予很大的沖擊設定，或者摩擦系數沒有設定好。
LS-DYNA出現負體積的解決辦法
網格品質：檢查網格，找出長寬比較大的單元進行修改或者合并單元。
材料模型：修改模型參數或者更換其他材料模型。
模型設定：檢查并修改*CONTACT里面的摩擦系數或者SF（Scale Factor）。另外一些較薄的零件如果沒有緩沖作用，僅作粘接使用，那么可以直接刪除此零件，用*TIEBREAK_CONTACT將兩邊所要粘接的零件tie在一起。
展開 汽車碰撞安全與輕量化研發中的若干挑戰性課題
圖8 輕量化材料的塑性變形和斷裂行為及失效預測技術
在結構連接接頭碰撞失效研究中（圖9），開發了沖擊韌化環氧膠粘劑的應變率相關材料模型和失效準則[40]，提出了點焊接頭拉拔失效的等效模擬方法[41]，建立了點焊與膠接復合連接接頭的高效率仿真模型[42-43]，揭示了點焊和膠接連接在典型載荷作用下的互補機制，證明點焊在膠層裂紋擴展中發揮了有效的止裂作用，膠層則顯著緩解了結構性能對點焊數量的依賴程度[42-43]，為膠焊連接的輕量化車身設計提供了理論依據。針對點焊部件的碰撞失效，探明了隨加載速率和加載模式變化的點焊接頭失效模式轉變規律、內在機理及其與點焊工藝條件的關聯性，揭示了焊點排布對薄壁結構變形模式和吸能特性的影響規律[44]。
圖9 輕量化車身復合連接失效機理與復雜工況失效預測
基于我們開發的輕量化材料在復雜應力狀態下的大變形表征和斷裂預報、基礎材料數據和計算模型等理論、方法和技術[31-45]，我們與汽車企業合作，針對輕量化設計、工藝和成本等要求，靈活選擇材料并匹配連接方式，為實現高強鋼、鋁合金、復合材料、工程塑料、孔隙填充材料、點焊、膠粘、鉚接等多種材料混合的輕量化結構設計材料和連接的靈活組合提供優化設計方法和仿真計算模型，使企業在車型設計開發中具備可靠的方法和數據，CAE仿真能更加準確的預測材料和接頭的斷裂，并依此評估對碰撞力的傳遞路徑和碰撞吸能的影響，設計沖擊載荷下結構中材料和接頭失效的誘導和控制策略，實現對輕量化車身結構的大變形響應和斷裂控制的最優設計（圖10），在滿足碰撞安全性目標下實現結構的輕量化，提高了虛擬設計的可靠性和產品研發效率。
展開 揚聲器跌落仿真實驗
01
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顯式動力學
跌落/沖擊/碰撞都屬于高度非線性。常見應用在手機行業跌落失效分析，汽車行業碰撞失效分析，和軍工行業子彈穿甲效果分析等。對于揚聲器來說，可以對應用在音箱、揚聲器單裸跌，帶包裝跌落試驗的仿真上。需要采用顯式動力學算法。
a. Solidworks。自帶一個簡單的跌落仿真模塊，計算非常快。不清楚結果是否可信。
b. Comsol。 無顯式算法。
c. Ansys。自帶AutoDYN（目前在Ansys workbench 界面下名稱是Explicit Dynamics），也購買了LS-DYNA的求解器。
d.ABAQUS。說起結構非線性分析，不得不提ABAQUS。 顯式分析和隱式分析可以無縫銜接，相互傳遞數據。
之前一個案例用ANSYS不同求解器對比過。AutoDYN和LS-DYNA采用顯式算法，結果接近。瞬態的默認隱式算法和上述兩種結果差異較大。
02
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揚聲器單元裸跌
顯式動力學算法可以認為不存在收斂問題。唯一需要注意的是時間步要足夠小，以減少計算誤差。
為簡化模型，僅取盆架一半，磁路重量通過一個集中的負載添加到盆架底部。
動態演示盆架形狀和應力的變化，以及跌落碰撞的力傳導過程
03
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單元帶音箱前面板跌落
事實上，更合理的模型應該是揚聲器盆架+磁路+音箱進行整體跌落仿真，才更符合實際的使用狀況。當然這計算量會相當大。
這個單元帶音箱前面板跌落的模型在配置還不錯的工作站上計算了將近24個小時。因為分析時間步要很非常小，比如10^(-8)s之類的。這是顯式動力學算法特性決定的。
展開 【研討會報名】沖擊碰撞仿真中金屬材料的非線性模型選擇和對標
示例：
失效參數對標流程
材料軟化階段（頸縮）對標流程
材料失效
材料失效實驗
報名方式
微信掃描下方二維碼免費報名：
講師簡介
Lucy LU
Altair 高級應用工程師
曾在德國福特歐洲研發中心工作3年，積攢了豐富的歐美國家關于整車碰撞以及材料數據處理的經驗。近10年的 Altair Radioss? 開發工作，在理論和工程方面有深厚的背景和專業知識，尤其是在材料模型及破壞的驗證等方面有深入研究。現為技術支持部技術專家，微信技術專欄“Radioss干貨”作者。
Altair Radioss? 軟件簡介
Altair Radioss? 是集隱式與顯式于一身的高度非線性求解器，可支持固氣液三相流固耦合、熱力分析等多物理場仿真。有完整的材料本構模型庫和材料失效模型，領先的復合材料成型、碰撞失效模擬分析技術，全面的碰撞假人模型、壁障、碰撞器和人體生物力學模型.
展開 Ansys 2024全球仿真大會消息速遞！一鍵了解LS-DYNA技術與MBSE主題分會場最新議程
分會場1：汽車碰撞安全【9月13日上午】
聚焦整車碰撞與零部件仿真，探索最新應用與技術趨勢。
LS-DYNA作為汽車行業的標桿工具，在碰撞失效、安全氣囊、安全帶、假人模型、行人保護、電池分析、鈑金成形分析等方面有著獨特的技術和功能。本會場內容將由來自行業前沿用戶、整車和零部件頭部企業、以及DYNAmore專家等，一起探討LS-DYNA在整車碰撞及零部件仿真領域的最新應用案例和技術發展方向。
分會場2：先進模擬技術【9月13日上午】
聚焦先進模擬技術在各行業中的創新應用與發展。
LS-DYNA不僅是強大的顯式動力學分析工具，更是先進的通用多物理場分析仿真軟件。以“One Code，Multi-physics”作為軟件開發策略，因其強大的非線性分析能力和大規模并行加速能力，在非汽車行業也有著廣泛的應用，如電子設備、家電、鋼鐵、爆炸、土木、航空等。本會場將邀請多位行業專家、開發人員對所屬領域的LS-DYNA應用、材料模型、鈑金成形等領域進行分享，實現不同行業間的模擬方法技術的相互借鑒和啟發。
2.數字化安全技術大會
2024 Digital Safety Conference
技術日新月異，放眼當今世界，諸如5G、人工智能、高性能芯片等新興技術被越來越多的企業應用于自動駕駛、飛行汽車、電氣化、智能化、網聯化的開發研制上，從而進一步推動各行業的發展，而這些技術都有一個共同點：更高的安全要求。
如何在數字化轉型和新技術演進過程中，保證安全和質量，是汽車、航空、芯片等行業及其他各安全相關企業所面臨的首要挑戰，為了更自信、更快地向市場交付安全產品，必須首先確保功能安全、降低信息安全威脅，從系統到硬件、軟件，全面提高安全建模、分析、仿真和驗證能力。
展開 非晶合金仿真模擬
如下是模擬非晶合金泰勒桿高速碰撞響應的部分效果圖。由于非晶模擬方面的資料和同仁較少，因此歡迎和大家一起交流進步！
不同時刻應力分布
不同時刻等效塑性應變
自由體積濃度分布
泰勒桿碰撞前沿的失效形貌
展開 Ansys 2024全球仿真大會來啦！涉及結構、流體、多物理場仿真及各行業更前沿的解決方案！
本次論壇的主會場將于9月12日下午拉開帷幕；9月13日上午，兩大分會場將同步開啟：
分會場1：汽車碰撞安全
分會場2：先進模擬技術
無論您是仿真領域的專家，還是對LS-DYNA技術充滿興趣的從業者，我們期待您的蒞臨，共同探討仿真技術的未來！
第六屆LS-DYNA中國技術論壇主會場
日期：2024年9月12日下午
論壇主會場將于9月12日下午拉開帷幕，將邀請來自Ansys原廠、DYNAmore以及重點客戶的管理層、專家、學者們進行分享，涵蓋最新的仿真技術和行業應用，了解前沿的技術動向。
第六屆LS-DYNA中國技術論壇分會場
日期：2024年9月13日上午
在兩大分會場中，國內外各行業LS-DYNA專家、Ansys原廠以及DYNAmore專家將進行主題演講，分享LS-DYNA最新的求解技術和應用案例，為您帶來前沿的技術洞察和實踐經驗。
分會場1：汽車碰撞安全
聚焦整車碰撞與零部件仿真，探索最新應用與技術趨勢。
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分會場2：先進模擬技術
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工業風扇的振動問題探究：Part1 風扇失效的判斷準則 ￥500
在這篇文章中，我們將介紹這些振動造成其失效的準則。
風扇的振動可能會引起如下問題：
風扇軸承中的潤滑脂被破壞，從而加速軸承磨損及損壞。
軸承中的滾子與軸套出現周期性的接觸失效與碰撞，從而造成軸承內圈與外圈的磨損。
造成其他金屬結構負載元件（例如：風扇柵格或者風扇橋架）的疲勞老化。
當風扇振動傳遞到旋轉機械中的關鍵元件（例如：電機），從而影響旋轉機械的使用壽命。
風扇的振動也會增加風扇的噪聲，從而影響操作人員的舒適度。
轉載，ABAQUS復合材料仿真到底有多強
Abaqus針對復合材料的應用有許多獨特的優勢，包括前后處理建模、靜強度分析（包括穩定性分析）、熱分析、碰撞分析、失效分析、以及斷裂分析等。
一、 復合材料固化成型
復合材料熱固化的過程，可以認為是復合材料預浸料經歷一系列溫度變化的熱固耦合過程。典型的溫度變化過程為：由室溫升溫30分鐘到185℃，保持1個小時，繼續升溫到195℃，保持2個小時，然后降溫到70℃以下。整個過程可以采用熱固耦合分析，由于基體材料和纖維增強材料的熱膨脹系數不一樣，一系列的溫度變化導致熱應力產生，致使結構發生翹曲變形。
下圖表示的是采用Abaqus中的熱固耦合功能分析某復合材料結構在熱固化后結構發生變形。
二、 復合材料后屈曲行為模擬
許多情況下復合材料層合板的屈曲以及后屈曲行為是要重點考慮的。Abaqus/Standard中Buckling和Riks分析步能夠很好的模擬屈曲行為。
三、 Abaqus中復合材料的失效準則和損傷模型
Abaqus中的復合材料失效準則主要有：
ü MSTRS 最大應力理論失效準則
ü TSAIH Tsai-Hill理論失效準則
ü TSAIW Tsai-Wu理論失效準則
ü AZZIT Azzi-Tsai-Hill理論失效準則
ü MSTRIN 最大應變理論失效準則
四、 Abaqus中復合材料分層破壞的模擬
復合材料的分層破壞是很嚴重的失效形式。如何有效的模擬復合材料的分層破壞，是很重要的問題。Abaqus中復合材料分層破壞的模擬有兩種方式：VCCT（虛擬裂紋閉合技術）和Cohesive技術。
展開 【9月12-14日 北京】車身輕量化性能集成技術高級培訓班
主要研究領域包括：環狀路徑車身結構輕量化設計、整車子系統級耐撞性驗證方法、IIHS25%小偏置碰撞測試標準研究、整車碰撞仿真焊點失效預測模擬、新單軸拉伸理論與試驗方法、列車單元耐撞性設計理論與仿真，已獲四項國家發明專利授權，其中車身環狀結構設計已經得到了汽車車身輕量化領域的高度認可。2016.04—2018.09汽車車身大數據平臺開發；2018.04—2020.03獲中信金屬支持，主持“汽車車身正向選材系統”的開發；未來主要聚焦于基于大數據思維和人工智能技術的汽車研發系統開發。
課程大綱
時間地點
培訓時間：9月12-14日
培訓地點：北京（具體地點，培訓前一周通知）
培訓費用
培訓費：4300元/人，3人（含3人）以上享受團隊價格：4100元/人。
以上費用不含食宿費，培訓期間食宿統一安排，費用自理。
郵件報名時請務必附帶電子版一寸免冠彩色證件照片，辦理培訓結業證書使用。
成功參加培訓的用戶返現100元（50元現金+50元技術鄰課程抵用券）。
八、報名方式：
1、點擊鏈接立即報名：http://cn.mikecrm.com/HjcmjX5
2、掃碼下方二維碼，聯系客服報名
未盡事宜請掃描上方二維碼，或咨詢微信客服，微信號：jishulink666
展開 2018 第三屆LS-DYNA中國論壇邀請函
李本懷 技術專家
李本懷, 中車技術專家、公司副總審 、教授級高工， 長期就職于中車長春軌道客車股份有限公司工程實驗室，組建CAE團隊和列車整車碰撞實驗平臺，指導負責地鐵、列車等碰撞吸能要求及設計分析，成功地指導并完成了美國波士頓地鐵和紐約地鐵,滿足美國ASME RT-2 2014最新版的列車吸能要求的設計，模擬分析及制造。
夏勇 研究員
夏勇，博士，清華大學汽車工程系副研究員，博士生導師。1998年獲中國科學技術大學高分子物理學士學位；2004年獲中國科學技術大學固體力學博士學位；2013-2014年于美國麻省理工學院機械工程系訪學。主要從事材料、結構及動力電池的碰撞變形與失效、乘員碰撞安全等研究。主持和參與多項國家重點研發計劃課題和國家自然科學基金課題，與通用、福特、大眾、豐田等企業長期開展合作研究。發表學術論文100余篇、SCI/EI收錄70余篇，獲國內外發明專利10余項。
王海華 技術專家
王海華，延鋒江森工程系統運作部CAE/Sled Lab 試驗工程經理。從事汽車座椅結構相關的CAE 分析，優化，動態測試及管理工作，專業領域側重于座椅結構強度，安全性評估，CAE 流程自動化開發等。
劉強 技術專家
劉強,Autoliv 上海汽車安全系統研發有限公司零部件仿真經理,負責汽車安全系統產品開發過程中的有限元虛擬仿真分析,包括結構強度,斷裂,疲勞,NVH,噪音,Mold Flow,Die-casting等.1999年畢業于吉林工業大學機械工程學院并2004年獲得吉林大學材料加工工程碩士學位.2006年至今在Autoliv 從事汽車安全系統方面的約束系統和產品開發的有限元虛擬仿真分析.
胡煒 技術專家
胡煒，博士，于2007年畢業于美國加州大學洛杉磯分校土木工程系結構力學專業。
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