高速碰撞仿真的案例
基于ABAQUS的金屬管高速碰撞的動力學仿真分析
那么在這些零件的裝配及搬運過程中，經常會發生相互碰撞而導致零件結構發生變形甚至失效。因此本文以金屬圓管為對象，通過動力顯示求解高速碰撞過程中的應力應變來分析金屬圓管相互碰撞造成的后果，為碰撞或跌落仿真分析提供一定的參考。
2仿真問題描述
金屬管一端突然斷裂，失去受力后會高速旋轉，撞擊到相鄰的金屬管路，引發工業生產事故、因此需要對相鄰的兩個管道在撞擊時的應力、應變及變形加以提前預測。本次分析對象為圖1所示的兩條金屬管的幾何模型，管直徑6.5mm，厚度0.4mm。長度為50mm。假設固定一管的兩端，另一管的一端位移自由度被約束，另一端自由。本案例中設置管道間為相互垂直關系，因此模型整體為對稱結構，故可以建立對稱模型進行動力學分析。
圖1幾何模型
3仿真設備基本參數
仿真運算時間很大程度上取決于計算機性能的高低，本案例進行的金屬管撞擊仿真試驗運行的計算機平臺如下表1所示。
Table1 parameters of simulation
CPU
NCPU
Memory
Frequency
Intel（R）Xeon（R）i7 6300
8
9.7GB
3.29GHz
4 ABAQUS建模過程
本案例的幾何模型建立是通過ug10.0三維建模軟件完成的，模型以文本格式導入ABAQUS2017仿真軟件上進行后續的有限元仿真分析操作。在仿真中，金屬管選用SHELL單元，網格劃分如圖2所示。通過Create Material命令對材料參數進行賦予，金屬管道的材料本構及參數如表2所示。在此過程中，仿真的單位制需要格外注意統一，以避免仿真最終結果的準確性。
展開 汽車材料的高速碰撞材料卡片及其應用方法
4） 三點彎曲試驗
非金屬高速三點彎曲試驗，試驗速度在是50mm/s、150mm/s，300mm/s，試驗重復率在3個。
5） 高速穿孔試驗
對于該試驗，沖擊速度在10,mm/min。
如果需要考慮材料失效模型，比如GISSMO，DIEM，MMC或Johnson-Cook模型，則需要再多做一些其他試驗，并根據仿真軟件不同的材料本構要求，可能會涉及到材料各向異性的樣件取樣，及不同溫度下的材料力學性能測試。
基于AUTODYN的超高速碰撞數值模擬 ￥135
<p>利用AUTODYN計算鋁球對鋁板的超高速碰撞問題，經過該案例的講解，能夠掌握如下知識點：</p><p>（1）AUTODYN中如何創建超高速SPH模型；</p><p>（2）SPH方法如何設置材料層裂失效參數；</p><p>（3）超高速碰撞碎片云形成模擬；</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202306/1897181fdba94e1abb7a34b5b403bcc4.png" title="圖片1.png" alt="圖片1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202306/1897181fdba94e1abb7a34b5b403bcc4.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202306/1897181fdba94e1abb7a34b5b403bcc4.png?image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202306/1897181fdba94e1abb7a34b5b403bcc4.png">
</div><p><br></p>
展開 AUTODYN超高速碰撞SPH計算 ￥150
利用AUTODYN計算鋁球對蜂窩夾層板的超高速碰撞問題，經過該案例的講解，能夠掌握如下知識點：
（1）外部有限元模型如何導入AUTODYN中；
（2）外部有限元模型導入后，如何賦予材料參數和修改；
（3）SPH方法如何設置材料失效參數；
（4）如何實現FEM-SPH耦合算法；
（5）如何提高SPH的計算速度，如何抑制/激活part；
圖1. 數值計算模型
圖2. 計算結果
汽車與高速公路護欄碰撞數值模擬
因此本文選擇該車輛來代表高速公路行駛的大部分車輛。本文汽車與護欄碰撞仿真系統選取的護欄是高速公路常用的多級緩沖公路護欄，汽車模型建模工作是在前述有限元平臺HyperWorks 的 HyperMesh 模塊中完成的，然后利用 LS-DYNA 作為求解器，最后利用 Ls-prepost 進行后處理來完成整個建模仿真過程的，具體的建模仿真流程如下圖所示：
圖 4.1 建模仿真流程
5.有限元模型
1）汽車有限元模型
汽車是一個十分復雜的機器,由成百上千個零部件組裝而成。因此,要建立一個比較完的汽車模型,工作量非常大,所耗時間也較長,目前公認的建立一個整車模型的工作量是個人用一年時間。在汽車與護欄碰撞過程中,汽車前端和碰撞側即右側部分與護欄有接觸碰撞,產生的變形會比較大,對碰撞結果影響也會比較明顯。因此,在進行碰撞計算之前,在此汽車模型原有基礎上,對其前端和右側結構進行了單元網格質量和穿透等的調整,以提高計算精度。經過調整后,汽車整車有限元模型共有10547509個單元,927471個節點,總質1.627t。模型的其它技術參數如表所示,整車有限元模型如圖所示。
表3 研究用車尺寸
6.碰撞過程模擬
本章中,汽車與多級緩沖公路護欄的有限元模擬條件為：
1) 模擬碰撞過程中,將護欄視為剛性體,約束其所有的自由度,即不考慮護欄的變形、位移和破壞；
2) 充分考慮碰撞過程中汽車與護欄和地面的摩擦影響,不考慮空氣阻力等的影響；
3) 不考慮護欄段之間的連接方式,只考慮護欄截面形狀對碰撞的影響；
4) 不考慮汽車與護欄端部的碰撞；
5) 不考慮碰撞過程發生前后駕駛員對汽車的緊急操作,如制動、轉向等。汽車與型護欄的碰撞接觸時間大約為0.2s-0.4s。本文將模擬碰撞時間設定為0.6s。
展開 SPH，爆炸焊接，ls-dyna，高速碰撞 ￥20
[圖片]
彈靶高速碰撞碎片云團形成SPH模擬
防護方案的設計依據是彈丸超高速碰撞薄板所形成的碎片云團的動力特性。為了達到理想的防護效果，需要對彈丸超高速碰撞薄板所形成的碎片云團的特性進行細致而全面的了解。雖然目前已根據二級輕氣炮實驗得到了碰撞速度為5～7 km／s的一些經驗數據，但對碎片云團特性的全面了解還不深入，特別是對于10 km／s左右的碰撞速度條件，實驗室還難以達到，因此只能用數值模擬技術對防護結構的防護性能進行預測性研究。由于彈丸超高速碰撞薄板形成碎片云團的過程是一個大變形過程，當采用常規有限
元方法處理時，局部可能出現計算網格扭曲造成的計算結果嚴重失真，并且網格重構與細化將大量消耗計算資源，使得計算分析等工作難以進行。采用粒子方法可以避免高維拉氏網格方法中的網格纏繞和扭曲等問題，因而特別適合于計算有大變形存在的高速碰撞問題。
光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡記為SPH)方法的基本思想是將整個流場的物質離散為一系列具有質量、速度和能量的“粒子”，然后通過一個稱為“核函數”的積分進行“核函數估值”，從而求得流場中不同位置在不同時刻的各種動力學量。這是一種純拉氏的粒子方法，本質上不需要使用網格，且邏輯簡單。自從L．D．Libersky等將材料強度效應引入SPH方法，成功地開展了高速碰撞數值模擬的計算之后，G．R．Johnson等、J．Campbell等先后在侵徹貫穿方面的數值計算取得了有意義的結果。A．N．Parshikov等基于黎曼解的思想，提出用黎曼解來描述粒子之間的相互作用，在改善界面計算精度的方面取得了一定的效果。
將用改進的SPH方法數值計算三維軸對稱坐標下的彈丸超高速碰撞薄板的問題，給出碎片云形成的過程。
本帖只是拋磚引玉，還有許多改進工作需做，希望與同行交流！
展開 超高速碰撞產生碎片云的分子動力學模擬
超高速碰撞產生碎片云的分子動力學模擬
基于反應力場的超高速碰撞分子動力學模擬
納米粒子小球超高速撞擊具有氧化層的金屬表面
高速球軸承球／保持架碰撞模型與沖擊特性研究
針對航空發動機主軸率軸承的結構特點、建立了高速球軸承率／傈特槊碰撞的力學模型．并時球與保持架的沖 擊特性進行了研究。結果表明，球觫持架沖擊戢荷受多種因素的影響，并體現為碰撞速度，沖擊栽荷與速度成正比：硅 撞彈性變形對于緩解沖擊具有重要作用
高速球軸承球／保持架碰撞模型與沖擊特性研究.pdf
2006年會--SPH和FEM混合計算解決超高速碰撞問題
SPH和FEM混合計算解決超高速碰撞問題
a7.JPG
a7.pdf
Workbench lS-DYNA船舶碰撞仿真案例，詳解視頻及原模型 ￥69
涉及船舶結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。
1. 概述
LS-DYNA 是ANSYS Workbench中一款顯式動力學分析的模塊，廣泛應用于碰撞、沖擊、爆炸等非線性瞬態問題。其核心優勢在于處理大變形、材料失效和復雜接觸問題。以下將結合輪船/防撞梁碰撞案例，說明 LS-DYNA 的關鍵操作流程。本文檔詳細介紹了輪船碰撞仿真的主要技術點，包括幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件、計算設置和結果分析等內容。通過本指導，用戶可以掌握輪船碰撞仿真的核心步驟和注意事項。
2. 幾何處理
2.1 幾何簡化
使用三維實體單元會導致計算量顯著增加，尤其是在沖擊和震動分析中。所以需要將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model），以減少計算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三維CAD軟件進行幾何處理，然后將處理好的幾何模型調入LS-DYNA模塊。
在沖擊和震動分析中，使用三維實體單元（如六面體或四面體單元）會顯著增加計算資源消耗。這是因為實體單元需要在三個維度上劃分網格，每個單元需計算位移、應力和應變等多個自由度，導致單元數量龐大且求解時間成倍增長。為解決這一問題，通常將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model）。殼單元僅需在二維平面上劃分網格，并通過定義厚度參數還原結構的力學特性，既能大幅減少單元數量（通常可縮減至實體模型的10%~30%），又能有效保留結構的抗彎、抗剪性能。幾何簡化可通過專業前處理軟件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三維CAD軟件處理。通過合理簡化模型，可在保證結果可靠性的前提下，顯著提升碰撞仿真的計算效率。
展開 11/17 基于LS-DYNA假人姿態調整
使用LS-DYNA進行汽車高速碰撞仿真分析的時候，要使用假人模型對乘員或駕駛員在碰撞過程中受到的傷害進行模擬和評估。汽車碰撞法規對假人模型的姿態都有具體的要求，針對不同的假人模型和仿真需求有不同的假人姿態調整方法。為了幫助廣大用戶更快了解假人模型姿態調整的方法，上海仿坤軟件科技有限公司特舉辦此次培訓。
主要內容包括：假人模型的介紹，以及假人模型的姿態調整等內容。
【4月25-28日 南京】LS-DYNA高速沖擊碰撞、流固與爆炸計算專題培訓
實例模型課程中人手一機操作指導
實例1：泰勒桿高速沖擊計算
實例2：安全氣囊展開計算
實例3：拉伸失效過程模擬計算
實例4：不同單元格式和形狀下梁分析
實例5：高速彈體侵徹接觸失效計算
實例6：圓柱運動副
實例7：點焊結構沖擊失效計算
實例8：基于自適應沖壓成型計算
實例9：鳥撞飛機風擋玻璃
實例10：高速彈體侵徹混凝土靶板
實例11：纖維增強的金屬基結構的沖擊仿真
實例12：結構高速沖擊入水流固耦合計算
實例13：集團炸藥深水爆炸計算
實例14：水下爆炸沖擊波對鋼板的作用
給方法解決以下關鍵問題：
1、有限元分析關鍵在于結果的可用性，有豐富的工程案例積累，帶問題到現場答疑解惑；
2、通過14個模型現場操作訓練，解決各類工程中遇到的結構振動與沖擊問題；
3、多維度、多角度強化認知、懂每一步驟的設置又清楚每一步設置背后的原理；
4、LS-DYNA高速沖擊碰撞、流固與爆炸分析方法。
本質問題與差異化
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關注計算結果：把仿真分析結果運用到產品中是核心理念
3、師資與專屬權：7000多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成版權課程體系
4、問題響應參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果保障措施：所有學員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
主講專家
12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統的產品質量提升和優化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點，團隊提供有價值的CAE技術服務。
展開 ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
ANSYS Workbench防撞梁碰撞仿真指導手冊
本案例文檔，適合本科畢業設計水平，具有極高參考價值，請合理使用文檔。涉及汽車防撞梁結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本手冊旨在指導用戶使用ANSYS Workbench進行防撞梁碰撞仿真分析。通過幾何處理、材料定義、網格劃分、接觸設置、邊界條件定義、計算參數配置及結果分析等步驟，完成從建模到仿真的全流程操作。本手冊適用于結構工程師、仿真分析師及相關技術人員。
2. 幾何處理
2.1 幾何導入
推薦使用SpaceClaim或DesignModeler (DM) 進行幾何前處理，二者在抽殼、幾何修復等操作中效率較高。也可選擇用其他三維CAD軟件（如SolidWorks、CATIA）導入幾何，但需確保導出格式兼容（如.stp、.igs）。
打開Workbench，進入Geometry模塊。右鍵點擊Import Geometry，選擇防撞梁模型文件（如.stp格式）。點擊Generate生成幾何體，雙擊進入該模塊，檢查模型完整性。也可以先打開該模塊，再導入幾何。
2.2 幾何簡化（抽殼）
防撞梁通常采用殼單元（Shell Element）簡化，以減少計算量。
操作步驟：在SpaceClaim/DM中選擇抽殼工具（Thin/Surface）。點擊目標面，設置厚度方向（例如3mm），生成殼模型。隱藏實體模型（快捷鍵F9），僅顯示殼結構。
幾何檢查：切換至線框模式（Wireframe），檢查自由邊（紅色顯示）。
展開 