沖擊與碰撞仿真的案例
【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
仿真通常是為了解決問題，無論是減重、減成本，還是提高安全性、解決失效性問題，都需要基于高精度的仿真結果，而高精度的仿真結果很大程度上取決于準確的材料定義。
此外，工業應用中的材料種類繁多，僅僅是金屬材料，由于生產成型等工藝不同會體現出差異很大的力學屬性，選擇恰當的材料模型是仿真中的重要問題。
除了材料模型選擇，如何獲取材料參數？
該做哪些實驗？
如何處理實驗數據？
如何進行材料參數對標？
如果您對這些關鍵問題感興趣，Altair誠邀您參加“沖擊碰撞仿真中金屬材料的非線性模型選擇和對標系列研討會”，資深工程師將從金屬材料和失效入手，通過眾多示例一步一步詳細講解如何處理數據和對標流程。希望能授人以漁，對您的實際應用有所幫助。
沖擊碰撞仿真中金屬材料的
非線性模型選擇和對標系列研討會
面向人群
▇ 面向人群：汽車、家電領域相關從業者
▇ 聚焦領域及問題：
汽車領域：大部分用戶都已經了解如何做材料拉伸數據，也已經完成數據積累。然而新法規要求更多材料失效數據，帶來新的挑戰。
聚焦問題：如何低成本獲得比較準確的失效數據是所有客戶最關心的問題。
家電領域：目前尚未形成材料數據積累，而且使用的材料多樣，金屬材料牌號少（基本是低碳鋼）。
聚焦問題：如何快速獲得能用的材料數據是家電領域的關鍵問題。
展開 滾針軸承滾針—保持架沖擊碰撞特征仿真分析
對滾針施加一定速度，進行沖擊碰撞，獲得保持架的應力分布。
圖3 保持架有限元建模
如圖4所示為整體滾針—保持架組件中提取出的局部模型用于數值分析，網格采用solid單元，保持架簡化模型共1464個網格單元，滾針共2436個單元。滾針與保持架之間的接觸為surface to surface，忽略他們之間的摩擦行為。另外，約束保持架兩端面，如圖4右圖所示。
圖4 滾針—保持架局部視圖和簡化模型及邊界條件
3. 結果及分析
下圖顯示了滾針10m/s沖擊碰撞保持架的動態變形過程。
圖5 滾針10m/s沖擊碰撞保持架的動態變形過程
結果顯示，應力在保持架橫梁兩個彎折的位置和橫梁根部首先出現，后分布在橫梁中間及附近位置，如圖6所示。其中，位置A和B處的應力最大，這是由于滾針與保持架接觸面位置位于A與B 處附近的保持架橫梁表面。另外，保持架兩端面約束，應力也出現在橫梁末端C處和D處。對于高速運行的滾針—保持架組件，其失效為止也容易出現在上述四處位置。
圖6 保持架應力分布圖示
圖7 保持架應力分布位置
4. 總結與展望
本文建立了滾針—保持架沖擊碰撞模型，仿真分析了一定轉速下的滾針與保持架之間的沖擊碰撞特性，獲得了保持架容易失效的位置。然而，模型計算量較大，在該計算中仿真工況較少，沒有考慮滾針傾斜的狀況，今后還需要進一步分析。
展開 鋼管沖擊碰撞仿真分析
PIPE-WALL.mp4
簡介：生活中管材類結構最為常見，通常作為支撐結構件存在于各種汽車、機器以及建筑行業中，這些作為結構支撐的管類材料在受到沖擊時會產生不同程度的變形，為了分析這些支撐管在撞擊作用下的應力分布、變形程度以及薄弱區域，使用有限元軟件進行預研究就變得十分重要。通過建立一個簡單點的方形結構鋼材料在受重力沖擊時薄弱區域的變形模型，對重物沖擊下的受力變形進行分析，以及對類似情況進行歸納，可以演化出多種沖擊和跌落仿真模型。
仿真：通過建立Q235鋼的有限元模型，對方管受到重物沖擊碰撞時產生的應力應變情況以及材料薄弱位置行為進行分析。由于右側墻體視為剛性體，為了加速計算仿真結果，材料屬性進行簡化設置，分析步設置為顯示動力學分析，歷史輸出中主要是分析左側沖擊重物的位移和方管撞擊剛性墻時的沖擊力。在接觸屬性中，對分析中的剛體進行定義，對方管和左側重物之間進行綁定，對方管和右側剛性墻使用面面接觸屬性。由于是沖擊載荷，因此在載荷分析模塊中，除了定義邊界條件以外，還要在預定義場中定義初始的速度沖擊，通常在跌落和沖擊仿真中都是預定義場定義載荷。網格劃分就比較簡單了，兩個剛體進行簡化處理，方管進行sweep網格畫法，都做好就可以計算了。
分析：從圖中和視頻中可以看出來，左邊是建立的一個剛性面，這個剛性面既可以假設為一個墻體，也可以假設為是地面，右邊是一個200kg的重物，也可以假設為是運動中的汽車，此時中間的方形鋼管不能用來跳鋼管舞只能是受到擠壓作用產生形變，實際生活中也可能是汽車的框架結構。
展開 Altair Radioss碰撞 安全與沖擊 衡祖仿真
Altair Radioss產品亮點
1、對于大變形、高非線性結構問題仿真的優異擴展性
2、完整的材料本構模型庫和材料失效模型
3、獨有的、高精度的氣囊仿真方法
4、豐富的多物理場仿真能力
5、廣泛的碰撞假人模型、壁障、碰撞器和人體生物力學模型
Altair Radioss特征和功能
分析類型
1、顯式非線性瞬態或者隱式結構分析
2、拉格朗日 、歐拉和任意歐拉-拉格朗日算法
3、氣囊仿真的有限體積法
Altair Radioss結構分析求解器應用領域包括:碰撞安全、跌落和沖擊、爆炸和水動力沖擊、流固耦合、終端彈道學、高速沖擊、加工成型和復合材料鋪層等。
主要特征
1、三維殼單元和實體單元
2、剛體、桿單元、梁單元和高級彈簧單元
3、適用于結構、流體、流固耦合的接觸算法
4、豐富的材料庫，并帶有不同的失效模型,以及擴展有限元方法
5、所有邊界條件，特殊邊界條件(包括進出口邊界、無反射邊界、對稱邊界等)
6、有限體積法氣囊
7、傳感器， 可進行激活與取消
碰撞安全模型
1、成人、兒童假人模型，可用于前、側、后方碰撞(與Humanetics合作開發)
2、行人假人模型
3、人體生物力學模型
4、壁障模型，可用于前、側、后方碰撞(與CELLBOND公司合作開發)
5、IIHS-RCAR保險杠壁障模型
展開 
設計仿真 | Digimat用于碰撞、沖擊模擬熱塑性塑料材料解決方案
這些類型的測量是準確評估碰撞和跌落測試性能所必需的。在有限元模擬中使用材料性能建模的結果，并將模擬結果與實驗驗證進行比較。
Part.02
基礎材料屬性建模
正確的建模能夠引導設計，同時減少設計迭代次數。纖維增強塑料通常具有高度各向異性，對性能有顯著影響。因此需要考慮局部纖維取向和由此產生的性能影響。
先進的建模工具可以成功預測：
? 纖維取向
? 纖維取向對材料力學行為的影響
? 零件性能：例如剛度、強度、碰撞、噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）、尺寸穩定性、蠕變、疲勞等
大多數拉伸試驗是在約0.001 s-1的應變率下進行的。在較高的應變率下，熱塑性材料的應力-應變行為會發生顯著變化，表現出剛度和強度的增加。因此，使用從不同取向（0°、45°和90°）的注塑板銑削而成的拉伸桿試件，在0.001至100 s-1的范圍內進行了應力-應變試驗。
在高應變率測試中進行精確的應變評估并非易事。目前最先進的技術是使用數字圖像相關方法。這是一種非接觸式的基于圖像的技術，需要用高分辨率、高幀率的相機記錄試樣表面變形。圖像分析軟件用于從這些圖像中評估應變場。為了獲得準確的結果，需要一個具有獨特特征的圖案的試樣表面。這是通過使用黑色和白色油漆層噴漆創建的（見下圖A）。
圖 A
基于高應變率實驗，我們開發了Digimat材料卡片，對各向異性粘彈性/粘塑性材料行為進行了建模。Digimat是一個使用微觀力學的多尺度材料建模平臺，用于復合材料的精確建模。我們可以和客戶共享材料卡片，并與所有主流的有限元分析軟件工具兼容。
Part.03
實驗結果和分析
為了證明我們的材料卡片在預測注塑零件碰撞性能方面的準確性，我們制作并測試了x型肋梁演示零件。
展開 9.15-9.18 西安 斯姆勒 | 航空航天機械及電子結構振動、沖擊、碰撞及疲勞壽命數值仿真技術 工程應用培訓
點擊報名：http://jishulink.mikecrm.com/R6ml5ti
ABAQUS碰撞 (例1) 小球沖擊碰撞含鍍層金屬材料 ￥33.34
ABAQUS碰撞 (例1) 小球沖擊碰撞含鍍層金屬材料
模型背景：
該模型模擬了金屬小球在自由落體運動下對含鍍層金屬材料的沖擊影響。
模型材料：
金屬材料的鍍層為陶瓷，基底為碳鋼Q235。
模擬結果：
提取整個碰撞過程中含鍍層金屬材料的應力應變，塑性應變能以及碰撞的接觸力。
碰撞過程中的應力分布圖
碰撞過程中的應變分布圖
HyperWorks在汽車與行人腿部碰撞仿真中的應用
車輛與行人碰撞事故中，人體的損傷部位可以覆蓋全身，行人頭部和下肢損傷幾率最大。研究表明，行人頭部和下肢損傷在汽車與行人碰撞造成的損傷中各占約30%。盡管人體腿及膝關節的損傷一般不會有生命危險，但常常會造成人的終生殘廢或喪失工作能力。
國外在行人保護方面做了大量的研究工作，并將研究成果最終體現在行人保護法規的制定中。目前，歐盟國家、美國、澳大利亞、加拿大、日本、韓國和中國都已制定或正在制定符合各國國情和交通狀況的行人保護標準。各國行人保護法規的測試內容和評價標準略有不同，但比較典型的行人保護試驗方法均為汽車與行人碰撞安全性的部件沖擊試驗評價方法。試驗主要包括以下幾個方面：
1）腿部模塊和保險杠的碰撞試驗。試驗主要測量膝關節彎曲角度、膝關節剪切變形和小腿上部加速度等參數。
2）大腿模塊和發動機罩前緣的碰撞試驗。試驗主要測量碰撞力和彎矩。
3）頭部模塊（包括成人頭部和兒童頭部）和發動機罩上表面的碰撞試驗。試驗主要測量頭部損傷值HIC。
利用各模塊沖擊器與汽車進行碰撞試驗，能夠真實反映汽車的行人安全保護性能，但是沖擊器的制造和相關的試驗需要很大的資金投入，而且每次碰撞試驗后沖擊器的某些部件需要更換，不能重復使用，使研究費用進一步增多。通過建立沖擊器的碰撞模型，并應用有限元仿真分析技術，可以實現各模塊沖擊器與汽車碰撞過程的仿真。不僅可以對碰撞過程進行細致的動態演示，還可以在新車開發階段對整車的碰撞安全性能進行預測和改進優化。
本文以小腿部沖擊器為模擬對象，利用HyperWorks的前處理軟件HyperMesh建立沖擊器和整車的有限元模型，對小腿與汽車碰撞過程進行計算機模擬，并通過后處理軟件HyperView對仿真結果進行分析，比較仿真模擬結果與試驗結果，驗證仿真模型及結果的可靠性。
展開 簡支梁沖擊碰撞（與理論可對應） ￥20
本內容為原創：
其是通過模擬簡支梁收到50N的落錘重物從一定高度（0.4m）沖擊時，其變形量為多少。
本文參考理論力學的靜力學部分及動載荷部分的變形計算方法,通過ANSYS workbench16.0進行了模擬。
最終結果能夠理論與實際相對應。
沖擊碰撞時程曲線
我的沖擊碰撞時程曲線數據不是那種連續的平滑曲線，除了峰值以外，其他數據都是零，附圖一張，附表一份
沖擊力時程數據.xlsx
碰撞|沖擊|爆炸|跌落版開通
經過一段的時間的籌劃，碰撞|沖擊|爆炸|跌落版現已開通！
本版主要討論和碰撞|沖擊|爆炸|跌落軟件相關的技術問題、一般問題及技術文章等，不限定具體某種軟件，歡迎各位碰撞|沖擊|爆炸|跌落軟件使用者踴躍討論。
本版塊的積分包括可用分及專家分，詳細規則如下：
可用分獎勵：
1、 發貼----20分
2、 回復----10分
3、 精華貼----30分
4、 合理化建議及投訴（請發貼到<<社區互動à投訴建議>>版塊，注明針對的版塊名稱）----50~100分
5、 討論破解、盜版等帖子，及惡意灌水者----扣50~100分，情節嚴重者刪除賬號及封IP。
專家分獎勵：
1、 對技術提問帖子進行答疑，由提問者根據答疑的質量獎勵答疑者相應的專家分；
展開 
基于LS-DYNA的沖擊試驗機碰撞分析
基于顯示動力學和接觸碰撞分析的基本理論，采用有限元方法建立沖擊試驗機的碰撞模瑙對接觸麗的申擊載荷進行仿囊分析。根攝仿囊結果彳馨如沖擊試驗中務碰撞部件的運動與受力狀況以及巾擊力對碰撞速度等參數的變純規律為屠續的接觸霹狀態測試奠定基礎
基于LS-DYNA的沖擊試驗機碰撞分析.pdf
穿透；沙漏；沖擊；接觸；碰撞－－－內容轉載
很多初學LS-DYNA軟件的網友都會碰到類似問題，我也一樣，當時也花費了很多時間來處理關于動力學分析的這種問題（穿透；沙漏；沖擊；接觸；碰撞），因為用LS-DYNA軟件的網友基本上都是做動力學分析的。以前也在本論壇發表過一些關于這方面的文章，如果有網友還是存在疑惑，可以在本論壇搜索一下，應該有助于理解和處理相關問題，給各位參考。
需要下載該資料的網友，可以到本論壇資料庫下載，
下載地址請鼠標點擊：
影響穿透的一些因素.pdf
穿透的可能解決方案.pdf
干貨 | 沖擊與碰撞分析——ANSYS LS-DYNA
選擇合理積分方法的關鍵在于確保算法魯棒性的同時提供足夠的仿真精度，還要盡量提高計算效率。顯式算法由于計算穩定性的原因，需要采用較小的臨界步長，但是，由于避免了迭代求解、顯式算法不受收斂性的影響。當待求問題屬于高頻成分占主導地位(例如波的傳播) 或相互作用時間極短的瞬態問題時，為了得到有意義的解答，必須采用較小的時間步長求解，這恰恰與顯式算法步長受臨界步長限制的要求是一致的。然而，隱式算法需要在每一時步進行矩陣求逆或迭代，耗費的計算資源較大。
一般情況下，類似于沖壓、碰撞、侵徹之類的瞬態沖擊問題，都適合采用顯式有限元方法求解。ANSYS一直致力于為客戶提供最先進的有限元解決方案。2019年9月 11 日，ANSYS 宣布已進入收購顯式有限元技術的領導者—— Livermore Software Technology Corporation（LSTC 公司）的最終協議階段 。汽車行業廣泛采用LS DYNA 作為碰撞安全仿真及優化設計的解決方案，該解決方案提供了高度可擴展的多物理場求解器，能準確預測車輛行為以及汽車碰撞對乘員產生的影響。 收購后 ANSYS 將在結構、流體、電磁、光學、安全和機器學習的仿真領域都擁有強大實力，將為全球汽車制造商及其供應商提供更加全面的CAE解決方案。
本直播將以理論與案例相結合的方式，介紹顯式有限元法的基本原理，及其在汽車、航空航天、電子產品、建筑等行業的典型應用案例。
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選擇合理積分方法的關鍵在于確保算法魯棒性的同時提供足夠的仿真精度，還要盡量提高計算效率。顯式算法由于計算穩定性的原因，需要采用較小的臨界步長，但是，由于避免了迭代求解、顯式算法不受收斂性的影響。當待求問題屬于高頻成分占主導地位(例如波的傳播) 或相互作用時間極短的瞬態問題時，為了得到有意義的解答，必須采用較小的時間步長求解，這恰恰與顯式算法步長受臨界步長限制的要求是一致的。然而，隱式算法需要在每一時步進行矩陣求逆或迭代，耗費的計算資源較大。
一般情況下，類似于沖壓、碰撞、侵徹之類的瞬態沖擊問題，都適合采用顯式有限元方法求解。ANSYS一直致力于為客戶提供最先進的有限元解決方案。2019年9月 11 日，ANSYS 宣布已進入收購顯式有限元技術的領導者—— Livermore Software Technology Corporation（LSTC 公司）的最終協議階段 。汽車行業廣泛采用LS DYNA 作為碰撞安全仿真及優化設計的解決方案，該解決方案提供了高度可擴展的多物理場求解器，能準確預測車輛行為以及汽車碰撞對乘員產生的影響。 收購后 ANSYS 將在結構、流體、電磁、光學、安全和機器學習的仿真領域都擁有強大實力，將為全球汽車制造商及其供應商提供更加全面的CAE解決方案。
本直播將以理論與案例相結合的方式，介紹顯式有限元法的基本原理，及其在汽車、航空航天、電子產品、建筑等行業的典型應用案例。
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