整車碰撞的案例
一套新手自學整車碰撞仿真分析的奧秘
作者 | 李老師 仿真秀科普作者
首發 | 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
眾所周知，CAE仿真分析已經成為整車研發過程中不可或缺的一部分。整車CAE仿真分析通常包括模態分析、剛度分析、強度分析、疲勞分析、碰撞分析、乘員約束系統分析、NVH分析以及CFD分析等。而整車碰撞仿真分析是一項難度較大，需要多個CAE仿真工程師人員共同進行配合完成的一項工作。
對一個新手來說，要想自學整車碰撞仿真分析是一項很艱難的事情。對主機廠而言，培養一個合格的碰撞仿真工程師，就需要一個有多年碰撞仿真分析經驗的工程師來指導，再加上實際動手操作，才有可能成為一名合格的碰撞仿真工程師。
本課程就是結合我多年的碰撞仿真分析經驗，希望能夠深入淺出地把在整車碰撞仿真分析中有可能所遇到的問題和難點一一給大家講解。當然，大家如果要想真正地理解、掌握整車碰撞仿真分析，還需要大家能夠多學、多練、多思考。下面我就帶大家來初步了解一下整車碰撞仿真分析的奧秘。
一、整車幾何模型及參數的輸入
要想做一款整車碰撞仿真分析，無論是正碰、偏置碰還是側碰，當然整車的幾何模型是必須的。俗話說巧婦難為無米之炊，沒有整車的幾何模型輸入，在厲害的碰撞仿真工程師也做不出整車碰撞仿真模型來。
那么整車幾何模型通常包括那幾個部分？一般來說，整車幾何模型主要包括白車身、底盤、開閉件、內外飾及電器系統等。有了整車幾何模型，那么我們就可以開始啟動網格劃分工作。網格劃分只是整車碰撞仿真分析萬里長征的第一步。
當然，整車碰撞仿真分析除了需要整車幾何模型以外，還需要整車BOM表，焊點、焊縫、及膠粘等信息，相關材料的性能參數及應力應變曲線，整車的質量和質心統計表等等。通常整車碰撞仿真分析輸入涉及到整車研發過程中的多個部門。
整車碰撞仿真分析輸入內容及要求詳見表1所示。
展開 CAE整車碰撞分析流程
控制卡片
整車碰撞的控制卡片雖然多達17、8項，但是一般不需要特別設置，直接導入已有的控制卡片即可。唯一需要注意的是時間。不同的工況，碰撞完成的時間是不一樣的。比如，正碰的時間是0.1秒；偏置碰是0.14秒；側碰是0.12秒。
2.計算
前處理完成后，接下來是計算。提交計算很簡單，一般使用LS-dyna求解器。我常用的計算參數是CUP調用36個核（可根據電腦配置來調整），內存調用800M，正碰一般需要計算十多個小時。
3.后處理
計算得到結果文件后，需要通過后處理來顯示需要的數據。使用的軟件有Hyperview和Hypergragh。
對于正碰來說，需要的數據主要有碰撞動畫，加速度曲線，前圍板侵入量，方向盤、踏腳板和A柱后退量等。
限于篇幅，這里不講解具體的操作過程，主要介紹各個數據的意義。
碰撞動畫
碰撞動畫顯示了碰撞的整個過程。通過動畫，可以判斷車輛各個部件的結構和位置等是否合理。比如，吸能盒和前縱梁是否壓潰？如果沒有，說明能量吸收不充分。
加速度曲線
加速度曲線決定了乘員的受傷情況。在整車碰撞的分析中，是不考慮乘員的；但是在約束系統的分析中，需要在整車中加入假人模型，模擬乘員的受傷情況，傷害值決定了車輛的評分。
4.整車碰撞分析，約束系統分析和試驗的關系
下面來說說整車碰撞分析，約束系統分析和試驗的關系。
整車碰撞分析和約束系統分析都屬于模擬，而模擬的目的，是在試驗中獲得更多的得分。
約束系統分析，就是為了模擬試驗過程，考察目前車輛能得多少分，能評幾顆星。但是，如果直接進行約束系統的分析，變量就太多了，不僅要考慮車輛自身的結構，還要考慮座椅、氣囊、安全帶等部件，很難分析出是哪個部件導致傷害值過大。
展開 RADIOSS 整車碰撞模型轉換方法
行業：汽車
挑戰：整車被動安全性研究在工程實 際中經常遇到不同軟件有限元 模型之間的轉化問題。
Altair 解決方案：整車碰撞模型從 LS-DYNA 格 式向 RADIOSS 格式的轉換， 并利用 RADIOSS 顯式求解器 對整車碰撞各工況的仿真分析 計算結果與整車試驗測試數據 進行比較分析。
優點：采用RADIOSS顯式求解器得 到的整車碰撞仿真結果與試驗 結果吻合較好，計算精度較高， 驗證了模型的轉化方法的可行 性和合理性。
背景介紹
仿真分析是汽車碰撞安全性研究的重要手段。在汽車被動安全性整車仿真 分析中，常用的有限元仿真分析求解器軟件有 LS-DYNA、RADIOSS、 PAM-CRASH、ABAQUS 等。整車被動安全性研究是汽車研發領域中的重點， 工程實際中經常遇到不同軟件有限元模型之間的轉化問題。
針對上海汽車某項目，探討某轎車從 LS-DYNA 向 RADIOSS 的轉換方法， 然后針對 RADIOSS 格式的模型仿真分析結果與工程上的應用，利用整車 64KPH 偏置碰、50KPH 全寬正碰、以及 50KPH 的可移動變形壁障等試驗測試 數據進行了比較。驗證了 RADIOSS 求解器計算結果的在工程上的可行性，以 及與試驗結果的一致性。
挑戰
整車碰撞模型主要包括白車身、座椅、底盤、轉向、動力總成等結構。針 對不同的碰撞規則，又帶有可移動壁障、固定壁障以及剛形體臺車等。整車有 限元模型，節點總數為 1289275，單元總數為 1332879，其中殼單元總數為 1280025，實體單元總數為 40606，一維單元總數為 12248，二維單元的平均 尺寸為 8mm。
展開 整車碰撞仿真-03
-----------------僅用于學習交流，不用于營利
目前市面上整車碰撞仿真的資料和視頻比較多，其主要講述如何按照一定的步驟和流程進行整車碰撞模型的搭建及各工況下的仿真。然而，在整車碰撞仿真的工作中，我們在進行模型調整時會遇到各種各樣的問題，如何解決這些實際工作中遇到的問題顯得尤為重要。當然提高自己這方面的能力，最直接最有效的辦法就是在項目實戰中不斷去調試、不斷去摸索、不斷去總結和積累經驗。
本案例主要針對在整車碰撞仿真中調試和修改模型遇到的錯誤進行交流和總結，同時也希望從事這方面的工作者能夠一起在下方留言交流。本案例是一個持續的過程，在工作之余不斷更新！
最近在遇到的問題:在模型中發現前期在模型搭建的過程中好多件的材料和料厚不一樣，卻被放在同一個層。為了解決這個問題，便重新按照零件號、材料牌號、料厚重新建了component，也將對應的網格移到新建對應的component中，運行模型報了這些新component上焊點的負體積、及節點速度溢出錯誤。將單元移到部分component里面，于是我找到相應的焊點實體單元刪掉了，對應速度溢出的節點所在的焊點也刪除重新做，這部分解決，又將單元移到余下component里面運行模型發現錯誤還是會出現。后來找到問題的最終原因還是接觸沒有更新，焊點與白車身的接觸，當我們新建component并將單元移動到新的component一定注意新建的component一定要在你建的biw對應的set中進行重新更新。
總結：dyna中的錯誤類型比較多，但是好多問題就是單位制、網格質量、接觸設置等方面的原因，尤其是接觸設置的問題。
展開 
福特金牛座整車碰撞CAE模型及試驗對標分析結果(lsdyna格式) ￥70
本帖包含福特金牛座整車碰撞模型（lsdyna格式）和試驗對標的結果文件，對于初學整車碰撞分析及優化的有很好的指導作用。除此之外還有很多整車碰撞CAE模型，如有需要可私信我。
整車碰撞學習筆記-02 ￥5
整車碰撞模型修改或搭建中可能遇到的問題：
1、焊點的創建
采用MAT100（hexa）焊點創建
首先設置哪個include文件作為當前層（這里以白車身所在的include文件），在1D菜單中單擊connectors按鈕，接著單擊spot按鈕選取spot選項，按下圖中進行設置，type類型為MAT100（hexa），tolerance為10，diameter為6。
-----------本節結合工程實戰中的經驗總結與心得體會，重點講解整車碰撞模型中焊點的建立以及其中應該注意的問題，新增件及焊點相關接觸的更新，精彩內容見收費部分。
展開 基于LS-DYNA的整車側面碰撞分析流程與規范 ￥30
7 輸入物
7.1 存在整車碰撞分析模型
一個完整的碰撞分析模型中含有：
a) 白車身各個零件的有限元網格數據；
b) 焊點數據；
c) 各個零件的材料數據；
d) 各個零件的厚度數據；
e) 及其他必要數據；
7.2 無整車的碰撞分析模型
乘用車側面偏置碰撞分析的3D幾何模型，數據要求如下：
a) 設計任務說明書；
b) 各個零件的厚度或者厚度線；
c) 動態材料數據；
d) 焊點文件；
e) 3D CAD數據(數據要求無明顯的穿透或干涉)；
f) 各個零件的明細表；
g) 整車的質心坐標；
h) 及其他必要參數；
8 輸出物
乘用車側面碰撞分析的輸出為分析報告，針對車型統一命名為《車型側面碰撞分析報告》（“車型”用具體車型代號替代），報告內容的按9規定的內容編制。
9 分析方法
9.1 分析模型
分析模型包括側面碰撞分析模型，該模型主要包括：車身, 前、后懸架, 動力總成, 轉向系, 儀表板橫梁, 踏板機構, 保險杠, 冷卻系統, 進、排氣系, 燃油箱, 蓄電池,座椅, 配重質量點等。
展開 從單電芯的擠壓、針刺測試到整車碰撞仿真的熱失控分析
正常情況下得到電芯的上述參數后就可以進行整車碰撞測試，將許多電芯放在一起并連接，LS-PrePost可以實現電路連接，該功能也將進一步改進。
將電芯放入不同的電池模組，然后將電池組組合成一個電池包（圖中紅色部分），可以在后處理中觀察在車輛碰撞中該區域電池的變形以及溫度及電方面的變化情況。
那么電芯是否會發生局部內部短路？是否發生熱失控？熱失控是否會從一個電芯蔓延到其他的電芯？這些也是LS-DYNA持續的研究方向之一。
小結
LS-DYNA作為一款多物理場求解器，在搭建電池安全仿真框架上有了很大發展，可以進行力-熱-電-電化學耦合。2015年LS-DYNA開發團隊與Ford公司開始聯合開展部分研究工作，基于能否對電池濫用進行建模合作開發模型，目前LS-DYNA可以為其他廣大客戶提供類似的功能，也是首個可以提供這類多物理場耦合功能的商業軟件，尤其是在力學與其他物理場之間的耦合。仿真本身需要依靠實驗測試來描述方程，歡迎廣大業界和學術界同仁一起研究合作，以更好的幫助用戶深入理解電池的工作方式，并組合成完整的電池功能，從而更好地開展電動汽車整車碰撞仿真。
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文章來源：2022 第五屆LS-DYNA技術論壇，作者：Pierre L’Eplattenier，ANSYS, Inc. Principle R&D Engineer
視頻鏈接：從單電芯的擠壓、針刺測試到整車碰撞仿真的熱失控分析
技術校對：王強， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
展開 HyperWorks驅動整車碰撞分析降低到 24 小時
RADIOSS對整車正面碰撞進行仿真，計算到65毫秒，采用50%HybridIII的假人及參考度量(IMM)安全氣囊。PBS Works作為高性能計算及資源管理系統，它可以自動識別作業完成并將結果自動返回到分析工程師的桌面，大大提升了計 算效率。
將結果直接導入到后處理可視化軟件HyperView中，可以創建交互式的標準報告,如變形動畫,加速度和能量顯示以及乘員損傷準則等。
CAD2CRASH24項目積極采用Altair“ComputeCloud”，它由高速處理器，高速網絡和高度安全的專門節點組成。云計算模型,例如在這個項目中,由于PBSWorks的作業管理及調度，使計算資源以一種升級的方式被共享和訪問。具體地說，硬件配置如下:
64個CPUs /32GB的RAM /64位Linux操作系統/ 64位WindowsXP筆記本電腦/MicrosoftWindows操作系統
在Linux平臺下劃分網格，裝配和計算。在64位WindowsXP的筆記本電腦上創建整車碰撞模型。
在開始“CAD2CRASH24”概念的證明之前,該團隊為各項任務確定了時間框架。
他們估計完成白車身（BIW）和子系統批處理網格劃分分別花費兩個小時,兩個小時完成白車身（BIW）裝配(焊接);四個小時完成子系統裝配(螺栓連接、焊接、膠粘)。他們也為質量布置,碰撞設置和模型驗證分別分配兩個小時。在64位CPU 上運行碰撞仿真分析花費大約六個小時，運行報告大約兩個小時。
CAD2CRASH24涉及的計算技術及工具：
HyperMesh:高性能的有限元前處理器，提供了一個用于分析產品設計性能的虛擬環境。
展開 整車100%正面碰撞前處理
以下簡要介紹整車100%正面碰撞前處理相關技術，配套免費公開視頻課程見：技術鄰->中沫工師-小周->
Lsdyna整車碰撞計算前后處理
整車碰撞學習筆記-01
整車正碰仿真計算，一般使用LS-dyna求解器，正常CUP調用4個核（可根據電腦/服務器配置來調整），內存調用2G，正碰通常計算好久。
前處理
連接關系
可變形體與剛性體的連接：1、共節點實現；2、可用interface中定義一個XtraNode類型的接觸來實現連接。
剛性體與剛性體之間的連接：一種是通過在component的card edit選中RigidbodyMerge，通過對*CONSTRAINED_RIGID_BODIES進行編輯來定義。另一種是用interface選項中定義一個ConstRigidRbody類型的接觸來實現連接。
Lsdyna提交計算提高計算效率，報內存不足錯誤的通常解決辦法：NCPU設置為8，MEMORY設置為2000000000。
整車碰撞仿真中，通常設置NCPU的個數盡可能多，MEMORY設置為800-1200m。
含預緊力仿真
檢查焊點是否自由，檢查1d單元：
先按F10
兩個從節點不能放在一起。
節點對齊：
beam焊點：
點焊連接的關鍵字是 *CONSTRAINED_ SPOTWELD, 是一種可以設定破壞的連接方式。
但是要注意，*CONSTAINED_SPOTWELD只可用在BEAM,SHELL單元上，不能用在TSHELL,SOLID單元上，后兩者要用*CONSTRAINED_RIVET
焊點歸類：
車身系統的焊點放在對應系統的include文件中，注意新增加的焊點是否超過預設的節點號和單元號范圍，是否與其他系統的單元或者節點id發生沖突。系統與系統之間的連接所用的焊點放在其中一個include文件中。
Box在建立接觸中的應用：
在建立接觸時，從接觸中既建立了set集合又建立了Box集合則最終的從接觸是set集合和Box集合的交集。
展開 
一汽大眾GOLF7整車碰撞模型，原創 ￥150
GOLF7整車碰撞模型（包含剛性假人）
原創車型，加密材料庫
MQB平臺經典車型
基于LS-DYNA的整車后面碰撞仿真分析規范 ￥25
1 范圍
本標準規定了乘用車后面碰撞CAE 分析的軟件設施、硬件設施、輸入物、輸出物、分析方法、結果評價及分析報告。
2 規范性引用文件
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。
3 軟件設施
后面碰撞分析軟件設施包括以下內容:
a) 前處理：ALTAIR/HYPERMESH、ETA/VPG；
b) 后處理：ALTAIR/HYPERVIEW、LS-PREPOST；
c) 求解器：LS-DYNA 970。
4 硬件設施
a) 前、后處理：HP 或 Dell 工作站；
b) 求解：集成服務器。
5 輸入物
5.1 存在整車碰撞分析模型
一個完整的碰撞分析模型中含有：
a) 白車身各個零件的有限元網格數據；
b) 焊點數據；
c) 各個零件的材料數據；
d) 各個零件的厚度數據；
e) 及其他必要數據。
5.2 無整車的碰撞分析模型
乘用車后面碰撞分析的 3D 幾何模型，數據要求如下：
a) 設計任務說明書；
b) 各個零件的厚度或者厚度線；
c) 動態材料數據；
d) 焊點文件；
e) 3DCAD數據(數據要求無明顯的穿透或干涉)；
f) 各個零件的明細表；
g) 整車的質心坐標；
h) 及其他必要參數。
展開 立個Flag（基于整車碰撞模型LS-dyna關鍵字解讀）
近期打算更新一些整車碰撞（Ls-dyna）的模型解讀和前后處理。
重點是從lsdyna的關鍵字解讀的角度來做這個分享。
模型已經算好了（如下動畫），就差給大家錄屏和做PPT了。
感興趣的朋友可以先Mark一下。
模型k文件會一并分享（會收費喲）。
福利貼-多款乘用車NCAP整車碰撞模型
整理電腦，發現好多自己收集的整車碰撞模型，模型包含完整的材料模型，鏈接、接觸。感興趣的小伙伴可以下載學習一下。
Explorer.zip
neon-0.7.zip
Rav4_V2.key.zip
TaurusBL.zip
VenzaBL.zip
VenzaHO.zip
VenzaLO.zip
Yaris.zip
