吸能盒的案例
Workbench聯(lián)合lsdyna—汽車吸能盒仿真實例
本文以汽車前部保險杠系統(tǒng)中的關鍵吸能部件(吸能盒)為研究對象。
吸能盒實物
這里仿真不對吸能盒進行詳細建模，只是要做到仿真時的潰縮效果。
在CREO中繪制一個吸能盒的三維模型：
三維模型
這里有個小技巧，在組件里打孔時可以通過相交操作可以繼承到子零件。
導入ansys workbench中進行前處理，依然選用explicitdynamics(ls dyna export)組件
吸能盒是薄壁零件，因此采用殼單元進行分析。
在DesignModeler中對實體進行抽殼，殼厚度0，運用殼單元來構建吸能盒模型。這里不采用實體單元進行仿真，否則求解時間極長。
抽殼前
抽殼后
進行網(wǎng)格劃分，定義約束和初始條件，改單位制，定義時間步等。
分析設置
將K文件導入lspp中（不會的看我上一篇文章ANSYS WORKBENCH 聯(lián)合 LS-DYNA仿真教程（一））進行進一步的前處理。
孔的位置應當用螺栓連接，這里采用焊接形式來模擬螺栓。
定義CONSTRAINED_SPOTWELD關鍵字，將對應孔的兩側進行點焊，這里為了后邊的變形對比，只約束了吸能盒一側。
點焊后示意圖
定義SET_NODE_LIST關鍵字，將吸能盒后部節(jié)點定義為節(jié)點組1，并將節(jié)點組1進行全約束。
節(jié)點組1
定義材料MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY，線性塑性材料，密度7800KG/m3,楊氏模量2e11N/ m2，泊松比0.3，屈服應力3.4e-4N/M。
在CONTROL_CONTACT中修改接觸面懲罰系數(shù)為1
設置沙漏CONTROL_HOURGLASS
約束剛性墻自由度，只允許在Y軸上進行運動。
展開 基于hyperworks+lsdyna吸能盒簡易壓潰仿真分析 ￥30
本案例單純簡易模擬壓縮吸能盒，觀察吸能盒的變形模式。前處理在Hyperworks中的Lsdyna模塊中完成，最終在Lsdyna求解器中完成計算，Hyperview中查看結果。涉及到的知識點：網(wǎng)格劃分、材料屬性定義（curve曲線）、速度、配重、接觸等。
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。
展開 ANSA_for_LSDYNA汽車前部吸能盒撞擊剛性墻分析含源文件和分析結果 ￥3.88
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A汽車前部吸能盒撞擊剛性墻分析含源文件和分析結果
適合ANSA初學者或者對分析感興趣的同學，
這個也配備有全套視頻的錄制講解。
不會的同學可以看著這個錄制視頻來做
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c11592
汽車防撞梁總成結構設計
與吸能泡沫的配合設計：
在低速碰撞過程中，未來更好的保護車身和行人，通常保險桿與汽車防撞梁之間設計有吸能泡沫塊，吸能塊與防撞梁配合很重要，配合不到位會影響保險桿總成的安裝，吸能盒作用的發(fā)揮等。吸能塊一般安裝在保險桿本體上，與防撞梁五安裝連接配合，設計時，需要注意的是：
吸能塊位于防撞梁正前方，特殊情況下，其截面與防撞梁本體截面上下錯位不能超過吸能盒快截面的三分之一。根據(jù)以往的設計積累及市場上成熟車型數(shù)據(jù)分析，防撞梁設計時，與保險桿之間一般預留80mm間隙來設計吸能塊（車身后部碰撞沒有前部嚴重，一般預留間隙可稍小一些，有時允許設計到50~60mm），如下圖所示，由于防撞梁成形性影響，兩側與保險桿預留間隙可以小一些，但是也不能小于35mm.
為了方便安裝，以及車身制造誤差帶來的裝配影響，吸能快于防撞梁配合要預留5mm以上的間隙，但間隙不能過大，會影響吸能塊作用的發(fā)揮，如下圖所示：
與縱梁配合設計
為了維修，更換方便，前后防撞梁總成基本上都是通過螺接的方式安裝在白車身總成上，前汽車防撞梁總成通常設計8~12個螺栓裝配，后防撞梁總成結構相對簡單，重量輕，通常設計4~6個螺栓裝配。設計時考慮兩個裝配牢固性同時，還需要考慮螺栓裝配可操作性，因此與縱梁配合設計有一定要求。
前防撞梁吸能盒通常為盒型，安裝點一般布置在吸能盒外圍四周，這樣安裝板設計比較大，與吸能盒焊合后相當于吸能盒的法蘭邊，同樣縱梁的端面也需要設計安裝與之配合，同時需要校核安裝控件是否滿足要求。如圖，車身前部機艙內線路，管路比較多，有些車型總布置限制所致，防撞梁總成和縱梁總成配合出統(tǒng)計有限，布置不下螺栓裝配，則只能改成焊接配合，也需要校核焊qiang的操作控件是否滿足要求。
本文轉自 極速有限元 旨在分享知識
展開 
基于LS-DYNA的整車正面25%剛性墻碰撞仿真
為了研究吸能盒的吸能效果，提取吸能盒的相對變形量（壓縮量）以及吸能盒的動能和內能分布曲線，如下圖所示。
在吸能盒沿碰撞方向（X向）上任意選定兩節(jié)點，如圖，兩節(jié)點間的間距為185.279mm，碰撞后吸能盒壓縮量為117.675，吸能盒已經(jīng)發(fā)生64%的變形。
且從能量分布曲線可以看出，在碰撞發(fā)生后吸能盒內能顯著，即碰撞能量主要依靠吸能盒變形來進行抵消。
為了研究碰撞后乘員的生存空間等關鍵安全項，提取碰撞形變圖，如下圖所示。
從圖中可以看出，25%正面碰撞后四個車門均未發(fā)生明顯變形，能正常開啟。車輛A、B柱外觀良好，無明顯彎折、斷裂等缺陷。乘員安全空間較明顯，可逃生幾率增大。
本文對整車25%正面剛性墻碰撞進行了簡要分析，旨在熟悉建模流程、掌握分析方法。
另外，行駛汽車，切記安全第一！
道路千萬條，
安全第一條，
行車不規(guī)范，
親人兩行淚。
碰撞視頻.mp4
展開 基于LS-DYNA的整車正面25%剛性墻碰撞仿真
為了研究吸能盒的吸能效果，提取吸能盒的相對變形量（壓縮量）以及吸能盒的動能和內能分布曲線，如下圖所示。
在吸能盒沿碰撞方向（X向）上任意選定兩節(jié)點，如圖，兩節(jié)點間的間距為185.279mm，碰撞后吸能盒壓縮量為117.675，吸能盒已經(jīng)發(fā)生64%的變形。
且從能量分布曲線可以看出，在碰撞發(fā)生后吸能盒內能顯著，即碰撞能量主要依靠吸能盒變形來進行抵消。
為了研究碰撞后乘員的生存空間等關鍵安全項，提取碰撞形變圖，如下圖所示。
從圖中可以看出，25%正面碰撞后四個車門均未發(fā)生明顯變形，能正常開啟。車輛A、B柱外觀良好，無明顯彎折、斷裂等缺陷。乘員安全空間較明顯，可逃生幾率增大。
本文對整車25%正面剛性墻碰撞進行了簡要分析，旨在熟悉建模流程、掌握分析方法。
文章來源：CAE車研社
展開 基于LS-OPT汽車防撞梁參數(shù)化優(yōu)化
一.背景
汽車防撞梁是用來減輕車輛受到碰撞時吸收碰撞能量的一種裝置，主要由主梁、吸能盒以及安裝板等組成，主梁和吸能盒都可以在車輛發(fā)生碰撞時有效吸收碰撞能量。
傳統(tǒng)的開發(fā)過程中，可以通過CAE仿真分析的手段對防撞梁結構進行開發(fā)設計，但是針對于整車碰撞分析，當模型規(guī)模較大時分析計算的時間會很長，在傳統(tǒng)的防撞梁結構優(yōu)化設計時通常是根據(jù)工程師的經(jīng)驗進行方案嘗試優(yōu)化，這種方法既耗時而且設計的結構也不是最優(yōu)的。
本案例針對某款車防撞梁進行優(yōu)化設計，為了節(jié)省計算優(yōu)化時間，采用簡化模型。通過LSOPT的響應面法以及自適應模擬退火優(yōu)化算法對防撞梁結構進行參數(shù)化優(yōu)化。
碰撞過程防撞梁和吸能盒內能云圖（點擊圖片可查看動態(tài)云圖）
二.分析模型
本案例采用100%正面剛性墻碰撞工況，為了節(jié)省優(yōu)化循環(huán)計算時間，使用簡化模型進行優(yōu)化迭代。
三.優(yōu)化參數(shù)
本案例為一款新能源汽車，防撞梁采用輕量化材料鋁材，因此防撞梁和吸能盒的材料在優(yōu)化過程中不作為設計變量。優(yōu)化設計變量包括防撞梁和吸能盒的內外板料厚參數(shù)，防撞梁內板空間位置參數(shù)，吸能盒內板空間位置參數(shù)。
設計變量包括：形狀位置變量6個、厚度變量5個，共11個變量。
設計變量DOE simulation（點擊圖片可查看變形圖）
四.優(yōu)化設置
本案例使用元模型和自適應模擬退火優(yōu)化算法（ASA）。其中元模型使用徑向基函數(shù)法（RBFN），樣本點選擇使用LSOPT自帶的SpaceFilling方法。
前處理通過ANSA環(huán)境完成，ANSA有非常友好的界面和接口用于聯(lián)合LSOPT進行聯(lián)合優(yōu)化仿真分析。
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(jīng)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(chuàng)建一個瓶子
如何利用LS-PrePost的Solution Explorer創(chuàng)建一個SALE模型
使用LS-PrePost BlockM功能創(chuàng)建六面體網(wǎng)格
使用LS-PrePost AutoMesh功能創(chuàng)建殼網(wǎng)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(wǎng)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??
私信回復 “小球跌落” 即可獲取模型！
案例2：基于LS-DYNA模擬吸能盒壓潰變形，包括外部網(wǎng)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的鋁合金前防撞橫梁結構設計與優(yōu)化
原鋼制前防撞梁系統(tǒng)由三大部分組成：防撞橫梁、吸能盒和連接板。其中防撞橫梁由鋼制外板和鋼制內板組成，連接板也分為上底板和下底板，如圖2.1所示。
圖2.1 原鋼制前防撞梁系統(tǒng)結構
2）單元選擇
選擇殼截面，即薄殼單元。薄殼單元的算法選擇2號的Belytschko-Tsay（BT）殼單元。BT殼單元被廣泛應用于各種大變形研究問題，它具有計算速度快的優(yōu)點，那是因為它采用的是單點積分。然后在此基礎上，沿殼的厚度方向選擇4個積分點。
3）網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格是對有限元模型總體的計算時間具有顯著影響的，所以當一個當網(wǎng)格的尺寸太小的時候，就會使整體的計算時間變得很長；而當網(wǎng)格尺寸太大的時候，又會對計算結果的精度產(chǎn)生不良的影響，所以根據(jù)汽車工程方面的相關經(jīng)驗，防撞梁系統(tǒng)的防撞橫梁、連接板和背板采用5mm尺寸的網(wǎng)格，對吸能盒采用4mm尺寸的網(wǎng)格。其有限元模型如圖2.2所示。
圖2.2 原鋼制前防撞梁系統(tǒng)三點彎曲有限元模型
4）材料模型
LS-DYNA中提供的材料模型種類眾多，在本次仿真分析中，防撞橫梁、吸能盒和連接板均采用24號多線性彈塑性材料模型，背板采用的是20號剛體材料模型。
原鋼制防撞橫梁和連接板材料均采用B340/590DP，其材料參數(shù)如表2.1所示。
表2.1 防撞橫梁與連接板材料B340/590DP參數(shù)
表2.2 吸能盒材料B240/390DP參數(shù)吸能盒材料均采用B240/390DP，其材料參數(shù)如表2.2所示。
表2.2 吸能盒材料B240/390DP參數(shù)
5）連接設置
通過參考一些常規(guī)車型，本次仿真分析原鋼制前防撞梁系統(tǒng)所采用的連接方式為焊接。
展開 基于LS-DYNA的鋁合金前防撞橫梁結構設計與優(yōu)化
3）網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格是對有限元模型總體的計算時間具有顯著影響的，所以當一個當網(wǎng)格的尺寸太小的時候，就會使整體的計算時間變得很長；而當網(wǎng)格尺寸太大的時候，又會對計算結果的精度產(chǎn)生不良的影響，所以根據(jù)汽車工程方面的相關經(jīng)驗，防撞梁系統(tǒng)的防撞橫梁、連接板和背板采用5mm尺寸的網(wǎng)格，對吸能盒采用4mm尺寸的網(wǎng)格。其有限元模型如圖3.2所示。
圖3.2 原鋼制前防撞梁系統(tǒng)三點彎曲有限元模型
4）材料模型
LS-DYNA中提供的材料模型種類眾多，在本次仿真分析中，防撞橫梁、吸能盒和連接板均采用24號多線性彈塑性材料模型，背板采用的是20號剛體材料模型。
原鋼制防撞橫梁和連接板材料均采用B340/590DP，其材料參數(shù)如表3.1所示。
表3.1 防撞橫梁與連接板材料B340/590DP參數(shù)
表3.2 吸能盒材料B240/390DP參數(shù)吸能盒材料均采用B240/390DP，其材料參數(shù)如表3.2所示。
表3.2 吸能盒材料B240/390DP參數(shù)
5）連接設置
通過參考一些常規(guī)車型，本次仿真分析原鋼制前防撞梁系統(tǒng)所采用的連接方式為焊接。其中鋼制外板和鋼制內板采用點焊的方式進行連接，點焊的一維Spot單元需要賦予100號的材料模型，同理，100號材料模型需要給出密度、泊松比、彈性模量和屈服強度，它們各自的數(shù)值為7800kg/m-3、0.3、210GPa和207MPa。而對于上底板和鋼制內板的連接以及上下底板和吸能盒的連接，我們采用縫焊的方式進行連接，模擬方式為RigidBody剛性單元，因此不需要對其賦予材料屬性。
展開 基于LS-DYNA的復合材料防撞梁正碰剛性墻仿真
結構方案：
吸能盒及連接件等仍采用傳統(tǒng)金屬材料（鋁合金6060），將防撞梁改為GF/PP復合材料，材料屬性如下：
方案一：防撞梁完全采用復合材料。復合材料抗沖擊性能較差，完全采用復合材料風險較大。
方案二：防撞梁采用復合材料及鋁合金結合。外側框架采用鋁合金，內側采用波紋狀復合材料，增強其抗剪能力。
碰撞方式：
針對方案進行正碰等效剛性墻試驗：將除防撞梁與吸能盒之外的車體簡化為一長1.2m寬0.5m的方形剛性板，配重1.5t，其中間位置放置加速度計，并以10 km/h速度撞向固定的剛性墻，
方案一結果：
由于復合材料抗沖擊性能較差，針對復合材料防撞梁進行剛性墻碰撞仿真，其結果如下圖：
可以看出，防撞梁碰撞后損傷比較嚴重，在預料之中。此方案不予以考慮。
方案二結果：
由圖可看出前防撞梁碰撞總能量578KJ，473KJ的能量轉化為內能，82%的能量被吸收。
吸能盒吸收能量334JK，吸能盒變形39mm，變形量為63.5%。
纖維復合材料密度較小，單向力學性能較好，在輕量化方向有著非常好的前景。但纖維復合材料壓縮，抗沖擊等性能較差，本項目主要想通過復合材料防撞梁來探討纖維復合材料在沖擊工況下的應用，尋找到一種可行的應用方式，為汽車輕量化提供一種新的應用方向。
通過本次仿真結果可看出，單純使用纖維復合材料作為防撞梁主體，碰撞過程中很容易產(chǎn)生損壞，可實施性不高。通過金屬與纖維復合材料結合的方式，發(fā)揮金屬與纖維復合材料各自的優(yōu)勢，可達到很好的使用效果。
展開 
ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
接觸設置
4.1 接觸對定義
摩擦接觸：選擇防撞梁與吸能盒接觸面，設置靜摩擦系數(shù)（0.2）和動摩擦系數(shù)（0.2）。右擊選擇不需要的接觸設置，禁用不必要的自動接觸（如吸能盒與不接觸的部件）。自接觸：對可能發(fā)生大變形區(qū)域（如吸能盒）啟用自接觸（Self-Contact），防止穿透。
4.2 接觸方向調整
確保接觸面正反面匹配（如紅色面與藍色面對應），避免計算錯誤。可以通過接觸設置調整top或者bottom，也可以通過幾何調整面法向。
5. 網(wǎng)格劃分
5.1 網(wǎng)格生成策略
撞擊面細化：撞擊區(qū)域網(wǎng)格尺寸建議≤3mm，其他區(qū)域可放寬。網(wǎng)格類型：優(yōu)先使用四邊形網(wǎng)格（計算效率高），復雜區(qū)域可采用三角形網(wǎng)格。
展開 基于LS-DYNA的復合材料防撞梁正碰剛性墻仿真
結構方案
吸能盒及連接件等仍采用傳統(tǒng)金屬材料（鋁合金6060），將防撞梁改為GF/PP復合材料，材料屬性如下：
方案一：防撞梁完全采用復合材料。復合材料抗沖擊性能較差，完全采用復合材料風險較大。
方案二：防撞梁采用復合材料及鋁合金結合。外側框架采用鋁合金，內側采用波紋狀復合材料，增強其抗剪能力。
碰撞方式
針對方案進行正碰等效剛性墻試驗：將除防撞梁與吸能盒之外的車體簡化為一長1.2m寬0.5m的方形剛性板，配重1.5t，其中間位置放置加速度計，并以10 km/h速度撞向固定的剛性墻，
方案一結果：由于復合材料抗沖擊性能較差，針對復合材料防撞梁進行剛性墻碰撞仿真，其結果如下圖：
可以看出，防撞梁碰撞后損傷比較嚴重，在預料之中。此方案不予以考慮。
方案二結果：
由圖可看出前防撞梁碰撞總能量578KJ，473KJ的能量轉化為內能，82%的能量被吸收。
吸能盒吸收能量334JK，吸能盒變形39mm，變形量為63.5%。
纖維復合材料密度較小，單向力學性能較好，在輕量化方向有著非常好的前景。但纖維復合材料壓縮，抗沖擊等性能較差，本項目主要想通過復合材料防撞梁來探討纖維復合材料在沖擊工況下的應用，尋找到一種可行的應用方式，為汽車輕量化提供一種新的應用方向。
通過本次仿真結果可看出，單純使用纖維復合材料作為防撞梁主體，碰撞過程中很容易產(chǎn)生損壞，可實施性不高。
展開 多模型優(yōu)化MMO在整車拓撲優(yōu)化分析中的應用
根據(jù)正碰剛性墻碰撞力曲線及整車碰撞過程可以看出，整個碰撞過程可分為3個階段（對應三個屈曲點）：第1階段為吸能盒碰撞變形吸能過程，吸能盒發(fā)生屈曲的點對應曲線中1點的位置；第2階段對應前縱梁前端變形吸能過程，縱梁前端發(fā)生屈曲點對應曲線中2點的位置；第3階段為前縱梁后端變形吸能以及前艙部件發(fā)生接觸碰撞過程，前縱梁后端發(fā)生屈服的點對應曲線中4點的位置。
整個碰撞過程可以等效為4個靜態(tài)載荷點，在整車碰撞工況拓撲分析時，需要提取這四個點對應位置的截面力載荷，并施加在對應的位置，分析時考察4個線性靜態(tài)工況。
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1點對應吸能盒屈曲失效點，取此時吸能盒截面力；2點對應前縱梁前端屈曲點，取此時前縱梁前端截面力；3點對應前縱梁中段屈曲點，取此時前縱梁和shotgun截面力；4點對應前縱梁后端屈曲點，取此時前縱梁、shotgun門檻梁、中通道、A柱截面力；5點對應車身開始回彈點。
這里在介紹一下截面力提取的方法，正常處理過程是需要提前在模型中定義好截面，然后將截面力輸出才可以在后處理軟件中完成截面力的提取。這里介紹一下基于META后處理截面力的提取，不需要在模型中事先定義，只需要在后處理時即可完成任意截面的截面力的提取。即通過Meta-Calculate-Section Forces插件完成。
以上便完成了結構正碰分析下靜態(tài)載荷工況分解以及對應工況下截面力。在整車結構碰撞工況對應的柔度計算和結構碰撞拓撲分析優(yōu)化時，分別應用上述載荷創(chuàng)建對應的工況以及在對應的位置進行加載即可。
三.多模型優(yōu)化
多模型優(yōu)化同時對多個模型進行協(xié)同拓撲優(yōu)化，本例中包括車身剛度拓撲優(yōu)化和整車結構碰撞拓撲優(yōu)化兩個模型。
展開 純電動汽車正面碰撞概念設計
所以采用延伸梁吸能方案時，副車架跟車身之間只能采用硬連接，這對整車NVH性能將有一定影響。
副車架與車身之間的連接螺栓要有足夠高的強度，保證在延伸梁完全潰縮之前連接螺栓不發(fā)生破壞。
另外，前縱梁前端吸能盒和副車架延伸梁的變形次序必須嚴格控制，副車架延伸梁的變形應滯后于吸能盒。這樣在低速碰撞時僅有吸能盒變形，副車架延伸梁不發(fā)生變形，從而保證了低速碰時車輛的可維修性。
6
小結
通常情況下，電動汽車的前艙吸能空間并不優(yōu)于傳統(tǒng)燃油車。為改善前艙吸能空間，電動汽車前艙內的零部件應進行集成，動力總成懸置應緊湊布置。
純電動車正碰車體結構概念設計，可選擇地板縱梁方案或者前縱梁加深方案，后者能夠給動力電池提供更大的空間，所以應該是未來的趨勢。
無論是地板縱梁方案還是前縱梁加深方案，前縱梁根部都是最值得關注的部位，應進行多重強化設計，并增加斜向支撐和前壁板底部橫梁。
如果在第二傳力路徑前端增加延伸梁，在正碰時能夠潰縮吸能，從而改善整體耐撞性，但第二傳力路徑吸收的動能極為有限，只能作為第一傳力路徑的輔助。
展開 