車輛防護的案例
爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
爆炸沖擊波與破片作用下車輛底部結構動響應數值仿真
劉粟濤1，周云波1，張 明1，孫曉旺1，葉龍學2
(1.南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094；2.中國艦船研究設計中心， 武漢 430064)
摘要：針對爆炸沖擊波與高速破片對車輛的聯合毀傷問題，采用光滑粒子流體動力學算法模擬榴彈在土壤中爆炸產生爆炸沖擊波與破片聯合作用下車輛底部結構的響應。進行爆炸沖擊鋼板試驗，分別采用傳統的任意拉格朗日歐拉算法和SPH算法分析在爆炸沖擊下鋼板的動能、內能和破壞形態，并驗證SPH算法的可行性；采用SPH算法對榴彈在車輛底部爆炸進行數值仿真，分析榴彈形成自然破片的過程、破片速度分布以及車輛底部防護結構的沖擊響應。仿真結果表明，淺埋榴彈爆炸產生的沖擊波先于破片作用于車底結構， 沖擊波作用效果為結構大變形，破片作用效果為結構局部破壞，并且SPH算法可應用于爆炸沖擊波與破片聯合作用下車底結構響應的研究，為車輛防護結構設計提供參考。
關鍵詞：試驗臺架；車輛底部結構；SPH算法；自然破片；數值仿真
1 引言
軍用地面車輛在戰場上面臨各式各樣的威脅，如埋雷、簡易爆炸 裝置(IED)和其他動能彈的威脅[1]。這些威脅通常攜帶裝在金屬外殼中的烈性炸藥。當炸藥爆炸時，產生的高壓使金屬外殼膨脹破碎，并形成自然破片以非常高的速度傳播，最終產生的沖擊波和高速自然破片撞擊軍用車輛，對車輛及乘員造成損傷。
整車實爆試驗是驗證車輛防護性能最直接有效的方法，但由于其危險性大、試驗成本高、試驗周期長、不可重復等原因，在進行車輛防護性能評估時，通常采用有限元仿真技術結合試驗的方法，預測軍用車輛在各式威脅下車輛的結構響應和車內乘員的損傷情況，并為后續車輛防護設計提供基礎[2]。
展開 裝甲車輛工程專業的工作站/服務器硬件配置推薦
裝甲車輛工程專業主要研究裝甲車輛的設計、制造、性能評估和應用。該專業涉及裝甲車輛的結構設計、動力系統、防護性能、操控性能、車輛穩定性以及作戰效能等關鍵技術。
在裝甲車輛工程專業中，常用的軟件和工具包括：
No
軟件分類
常用軟件
應用目標
機型推薦
1
三維建模與設計軟件
CATIA、SolidWorks
用于進行裝甲車輛的三維建模、設計和裝配，包括車體結構、底盤、炮塔等部件的設計
A320+圖卡
2
有限元分析軟件
ANSYS、ABAQUS
用于進行裝甲車輛的結構強度分析、振動分析和碰撞模擬，以評估車輛的結構可靠性和安全性
Alpha750
3
車輛動力學仿真軟件
ADAMS
用于進行裝甲車輛的懸掛系統仿真、操控性能評估和行駛穩定性分析
A320
4
車輛防護性能評估軟件
Hemholtz、PERMAS
用于進行裝甲車輛的防護性能評估和模擬，包括抗彈能力、防爆性能等指標的計算和分析
A320
在裝甲車輛工程專業中，常用的求解器（solver）和算法取決于具體的問題和研究需求。以下是一些常見的求解器和算法：
結構強度分析算法：用于計算裝甲車輛結構的應力、應變和變形，常用的算法包括有限元方法、邊界元方法等。
車輛動力學仿真算法：用于模擬裝甲車輛的運動特性、操控性能和行駛穩定性，常用的算法包括牛頓-歐拉方法、迭代方法等。
展開 商用車側防護欄橫桿結構優化
商用車側防護欄主要作用：
（1）對車輛進行防護，避免油箱、水箱、儲氣罐等重要部件受外力碰撞等的影響下對車輛及人員造成傷害；
（2）防止其他車輛在碰撞作用下轉入車底，對車輛和人員造成二次傷害。
因此，側防護欄的強度對車輛至關重要。本文主要對側防護欄橫桿進行優化，以期達到增加強度的目的。
總所周知，Hyperworks在結構優化及輕量化設計方面比較強大，本文將借助Hyperworks對現有C型橫桿進行Topography形貌優化。
形貌優化.mp4
ce_model.rar
碰撞1.mp4
商用車側防護欄橫桿結構優化.ppt
展開 行人安全保護裝置介紹
行人安全保護裝置
汽車安全不僅是針對車內的駕乘人員而言，同時也要保護行人的安全，因此車輛碰撞防護技術也開始將保護行人安全列為它的重點發展目標。近年來歐洲的E-NCAP汽車碰撞測試中，就已經不僅檢驗車內乘員的安全保護程度，也通過劃分4個星級來檢驗車輛對行人的安全保護程度。
目前世界范圍內，保護行人安全的車輛裝置主要有：
1。發動機罩機械系統
發動機罩機械系統能夠在汽車發生碰撞時迅速鼓起，使得撞擊而來的人體不適硬碰硬，而是碰撞在柔性與圓滑的表面上，減少了被撞人受傷的可能或程度。研究表明，如果發動機、蓄電池和其他部件有寬裕的空間，發動機罩在碰撞過程中能開啟，這時對行人造成的傷害就會明顯降低。當發動機罩的前端可以向后移動，那么撞擊造成的損傷可以大大地降低，如果保險杠硬度降低1/3，前圍盡可能低的情況下還可減緩對膝部造成的傷害。
發動機罩機械系統能把撞向行人的動能轉換成成提升機器蓋的能量，這就在行人、發動機罩和發動機室內不見之間形成吸能區域，通過發動機罩的·變形減小對行人頭肩部的沖擊。當人體與車頭部分剛一接觸，機械系統就會被觸發，其作用力可以由彈簧力驅動，也可以采用氣體噴射方式。當遇到車與車碰撞的時候，該系統不會起作用，而在車輛停放時，人故意撞擊也不能啟動。
在碰撞中起主要作用的第二接觸區前保險杠也將改進，采用高密度泡沫材料和新設計的結構，以控制對腿部的沖擊過程，減小撞擊力量，從而有效地保障行人的膝、腿免受嚴重傷害。同樣，重新設計的前照燈室及周邊區域能確保按受控模式吸收傷腿部的沖擊能量，避免玻璃破碎割傷行人的腿部。這有兩個目的：首先降低上腿承受的撞擊力，其次確保能量吸收與前保險杠相協調。
展開 
2018 Altair 技術大會詳細日程發布！
王元博
北京汽車研究總院有限公司高級工程師，碰撞安全性能科高級經理，CAE集成及驅動設計創新工作室負責人
個人簡介
2009年加入北京汽車研究總院有限公司，任整車碰撞安全性能的高級經理，全面負責越野車研究院各車型的碰撞安全性能，以及輕型高機動戰術車輛防護性能的開發。同時，作為“CAE驅動及優化設計”創新工作室的技術帶頭人，承擔越野車研究院CAE技術創新及推廣應用的職責。
劉櫻蕾
英特爾數據中心銷售部高性能計算銷售總監
個人簡介
現任英特爾數據中心銷售部高性能計算銷售總監。負責拓展高性能計算應用里英特爾?至強TM處理器產品線，英特爾?至強融核TM處理器產品線以及英特爾?Omni Path高速互聯產品線的業務機會。
彭柯
華為中國企業行業云拓展部總監
個人簡介
十年以上從業經驗，一直從事云計算、大數據領域的研究工作。目前在華為公司擔任中國企業行業云拓展部總監，負責華為云在中國的戰略洞察、產品規劃、市場拓展等工作。
展開 法軍先進輪式戰車被炸毀，我維和裝甲車多焊一層裝甲增強防御
值得肯定的是，這次遇襲事件中，執勤的法軍士兵并沒有死亡，雖然不知道受傷情況怎么樣，起碼證明了這種重型裝甲車的良好防護能力。
從法軍裝甲車被毀，我們將視野轉到國產裝甲車。目前我維和部隊在非洲的主力裝甲車是6輪的WMZ551B輪式步兵戰車，也就是我們的92B輪式步戰。
這種中型裝甲車戰斗全重近13噸，與26噸的VBCI裝甲車自然不能比，這種裝甲車同樣大批量裝備非洲各國軍隊，在戰斗中多有損失。因此，為了對付日益嚴峻的維和形勢，我軍為其加裝了附加裝甲板，以提高防彈能力。
圖片：我維和部隊加裝了附加裝甲板的92B裝甲車。
但總體來說，如果是WMZ551B/92B裝甲車遇到這樣的大爆炸，其受損程度會更加嚴重，薄弱的裝甲并不能夠抵擋百公斤級炸彈的爆炸。
那么如果是我們的09式輪式裝甲車呢？這是我軍現役最先進的輪式裝甲車族。09式裝甲車基本型號戰斗全重21噸左右，雖然比92步戰重，但比VBCI裝甲車要輕一些。從目前國內裝備的型號來看，其防護主要由主裝甲和附加裝甲組成，能夠防御12.7毫米機槍到23毫米機關炮的打擊。對于近距離的爆炸也擁有較好的防御能力。
圖片：09式步兵戰車外層有薄附加裝甲。
和西方國家重視輪式裝甲車的防護能力相比，我們的09式裝甲車系列的裝甲和防護手段還是顯得有些不足。如果遇到同樣的百公斤級汽車炸彈爆炸，雖然也能夠保護車內人員，但是車輛的防護會受到相當大的損傷。
目前我國裝甲車越來越重視裝甲防護，特別是在輪式和履帶式戰車方面，通過一些外貿車型的設計和嘗試，獲得了包括增加附加裝甲、加裝主動防御系統在內的多種防御手段，能夠更加有效地抵擋包括汽車炸彈在內的各種不對稱襲擊。
圖片：國產新型改進型輪式裝甲車，包括輪胎、車體都加裝防護措施，車輛重型化。
展開 為什么氧氣瓶不能碰油脂？
貯存氧氣瓶的庫房及運輸車輛都嚴禁與油脂類物品同貯、同運。如庫房、車輛沾染有油污要徹底清除掉，才能貯存或裝運。
氧氣瓶在貯存、運輸進要戴上安全帽，防止油脂或塵埃的侵進或氧氣瓶嘴受到機械損傷。
對于使用、貯運操縱及治理職員都不得穿著沾染油污的工作服、手套等接觸氧氣瓶及其附件。
來源：煤化工知庫
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40%重疊量or25%重疊量偏置碰更有說服力？
而當小區域重疊碰撞發生時，往往會錯開車輛頭部的縱梁碰撞緩沖區，因此這類事故結果也比較慘烈。
CIDAS（中國交通事故深度調查）數據顯示，在 4586起乘用車事故案例中，前部損壞的乘用車占事故總數的59%。而CIDAS數據庫顯示在乘用車前部碰撞事故中，小重疊、中等重疊和完全重疊，占比分別為24.4%、49.6%和26.0%。因此，中等重疊碰撞發生率是小重疊的2倍，是我國乘用車前部碰撞事故中最常見的情況。
由此可見，中保研C-IASI之所以采用正面25%偏置碰撞試驗，為的就是對概率雖小卻危害巨大的小重疊碰撞事故進行分析，并用采用剛性壁障來模擬極端情況；而中汽研C-NCAP則以我國發生概率最高的中等重疊為重點，用可變形吸能壁障模擬真實情況下的對向車輛、防護欄等，于是便采用了40%重疊可變形壁障碰撞試驗。
總結：25%和40%兩種偏置碰撞沒有靠不靠譜之分，兩者只是在模擬事故時有著不同的側重點而已。而25%偏置碰撞則對車身結構提出了更嚴格的考驗，也引導著各大廠家為生產出更安全的汽車而不斷努力。
再次申明本案例僅用于學習交流，不用于營利！
展開 事了拂衣去，深藏身與名：中國新型巷戰無人機
“天羿”采用電擊發、單吊耳掛載無后坐力發射彈藥：具有外彈道特性優良、微光、微聲、無煙、無后坐力特點；采用新型數字解保引信，實現“機-彈”通信識別，有效提高彈藥及系統的安全性；可選破甲、殺傷、攻堅、特種戰斗部等——對于巷戰中遇到的堅固工事、隱蔽機動火力平臺、坑道潛伏火力小組、狙擊手、觀察所、臨時軍火庫等目標襲殺——強悍的摧毀/殺傷能力不需要等待后方火力支援；
2枚機載直瞄發射彈藥（口徑50mm）或者4枚小型炸彈（具備近炸功能）：直瞄發射彈藥戰斗部類型包括破甲-殺傷、燃燒、攻堅、及特種戰斗部（針對電力/電子裝備研制），實現對有生力量、裝甲防護車輛、簡易工事、特種設備等不同類型目標實施打擊——發現即摧毀——無論是放冷q的死硬分子、還是偽裝逃跑的"垃圾車"，一經確認、格殺勿論！
空投戰場支援物資（q支、彈藥、食物補給等）；戰場急救物資（急救藥品、醫療設備、救生設備等）——巷戰當中的緊急救護、補給難題得到一定程度的緩解，有助于提高被圍困分隊的持續作戰待援能力、連續突破能力；
掛載擴展任務載荷前需要將掛彈架更換為專用任務載荷掛架——這個有點麻煩：增加巷戰分隊的負荷！
作戰流程：
通過"智能火控+直瞄發射彈藥"穩定的外彈道特性緊密配合實施打擊；
智能火控只需選定目標并按擊發按鈕，系統自主決策實施目標精確打擊——宰殺頑固敵對勢力首腦方便快捷！
展開 鋁合金裝甲應用背景
為提高裝甲抗沖擊性能，當前世界各國的步兵戰車普遍開始了重型化的發展趨勢，但隨之而來的是車輛機動性的減弱。在面對裝甲車輛機動性和防護性能之間的矛盾時，鋁合金裝甲因其比強度高于一般合金鋼，能夠達到較好的均衡性。裝甲材料性能要求不僅僅是在受到彈體沖擊時必須具備的抗沖擊性能，還要求有抗板后破碎的綜合性能，也就是不但要防止被擊穿，還要防止碎裂。因此，需要對鋁合金板在彈體沖擊下的彈道極限和失效模式進行分析，采用的方法大致可分為實驗、理論分析和數值模擬三種。
中國055大驅將裝備新型涂料，抗爆性能比鋼板提高20%
在最近發布的裝備預研創新項目中，為解決大型水面艦艇抗反艦導彈輕量化防護結構設計的迫切急需，向全社會科技機構公開征求研制一種新型抗彈防爆涂層。該涂層適應實際需要，并不要求能完全抵擋住數百公斤重高爆炸藥反艦導彈彈頭的攻擊，而是配合艦用防護裝甲使用：防護裝甲對反艦導彈爆炸產生的破片進行有效防護，抗彈防爆涂料能對爆炸產生的沖擊載荷進行有效防護，還能將接觸爆炸的毀傷范圍約束在有限的一個艙段內，解決目前不能有效降低反艦導彈接觸爆炸的毀傷范圍的問題，提高水面艦艇的生命力水平。
隨著反艦導彈威力的飛速發展，現代軍艦在水面上和水線下采用多層鋼防護裝甲并不現實，加裝上部裝甲太多導致重心上移的話，軍艦可能在惡劣天氣和海況中連基本的航行都無法保證。并且大量使用鋼制裝甲將導致船體質量增大，武器彈藥減少或航速降低，因此，防護材料的輕量化對于艦船的發展至關重要。陶瓷材料因其優良的抗彈性能，作為一種輕量化防護材料曾經在艦船領域得到了廣泛的應用，但陶瓷材料脆性大，在爆炸沖擊中極易破碎產生碎片，防爆炸性能不佳。玻璃纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維輕質高強易于加工，對爆炸沖擊波具有良好的衰減作用，但其在金屬表面上的附著力差，壽命有限，限制了這些材料性能的發揮。
在第九屆國際軍民兩用技術博覽會上，我國某高科技企業展出了一種黑科技產品——新型結構增強涂層。該公司稱，該涂料具有抗沖擊、耐磨性、防腐蝕、無污染四個特性，使用壽命可超過50年，可以用噴涂、刷涂等快捷簡單的方式，在零下50攝氏度至零上100攝氏度的環境進行施工和使用。6毫米的鋼板，原來可在70米距離外被7.62口徑步槍彈擊穿，但增加3毫米抗彈防爆涂層后，便無法被步槍彈擊穿，非常符合現在軍隊車輛載具的防護需要。涂在鐵皮墻和水泥墻上后，連爆破都不怕。
展開 
美國模擬器件公司加入百度阿波羅自動駕駛平臺 優化自動駕駛解決方案
美國模擬器件公司表示，其傳感器數據的質量可讓阿波羅自動駕駛平臺的人工智能（AI）系統更好地了解周圍世界，并能在潛在障礙出現之前做出明智的決策，從而有助于減少自動駕駛車輛事故。此外，其包括雷達、激光雷達、慣性測量裝置在內的Drive360導航和感知解決方案，可作為車輛周圍的安全防護罩，因為此三種傳感模件可融合在一起，賦予車輛視覺和感覺。
百度去年向第三方開放了其自動駕駛技術，以加速發展，幫助其與其它研發自動駕駛的公司競爭。除了美國模擬器件公司，阿波羅項目的其它合作伙伴還包括英特爾（Intel）、微軟（Microsoft）、英偉達（Nvidia）、福特（Ford）、寶馬（BMW）、戴姆勒（Daimler）、恩智浦半導體公司（NXP Semiconductors）、美國安森美半導體公司（ON Semiconductor）、美國威力登激光雷達公司（Velodyne LiDAR）等公司。
展開 基于HyperStudy行人與車輛碰撞腿部傷害分析
關鍵詞：汽車安全 行人保護 小腿碰撞 HyperStudy 實驗設計
1 引言
近年來與行人有關的人車碰撞安全問題，已經成為車輛安全性能開發的熱點[1]。據日本調查統計，在非致命的汽車與行人碰撞交通事故中，下肢損傷占40%[2]。為了降低行人腿部所受的傷害通常在車輛前端增加防護結構吸收行人腿部的碰撞能量，來減輕行人腿部所受傷害。腿部防護結構的材料、厚度及相對與小腿模型的碰撞位置關系均對行人小腿傷害產生影響。因此本文利用HyperStudy軟件對影響小腿傷害值的關鍵參數進行DOE實驗設計，通過分析找出主要影響參數進而進行設計改進。
2 Study模型建立
本文首先利用Altair公司HyperMesh軟件進行行人與車輛有限元仿真模型搭建，如圖1所示。建模時僅考慮前端結構對小腿碰撞的影響，基本網格尺寸控制在5mm×5mm[3]。
將搭建好的有限元模型導出.K文件格式并利用LS-DYNA求解器進行計算。因此在HyperStudy中需要配置LS-DYNA求解器執行腳本，并設置求解器輸入相關要求，包括存儲路徑、CPU個數設置、運算內存設置。
2.1 設計變量定義
腿部防護結構通常由前橫梁吸能泡沫和安裝在發動機底部護板上方的塑料支撐件組成，吸能泡沫壓縮剛度及支撐件的X向剛度的設計尤為重要。另外小腿碰撞模型與車輛前端第一接觸時刻，小腿底部離地面間隙也會對小腿傷害產生一定影響。如圖2所示，黃色部分為小腿沖擊模塊、綠色部分為緩沖塊泡沫、藍色部分為下支撐件。
因此考慮以上因素，選取DOE設計變量為小腿底部離地面間隙H、吸能泡沫密度RO、發動機底部支撐件厚度T。
展開 纖維新材料的軍事應用與發展
主要包括四大類：（1）個人挑戰與貨物空投系統；（2）軟墻/ 剛性墻掩體/ 帳篷和營地系統；（3）士兵電源與數據集成系統；（4）士兵制服，微小氣候管理以及單兵裝備，掩體/ 帳篷，降落傘，彈藥與爆炸防護，化學、生物、輻射與核(CBRN) 防護，阻燃阻熱、環境保護、安全浮游裝置、反重力外套等。
2、我國高度重視纖維新材料的發展
材料是工業的基礎。大力推動新材料產業的發展對做強“中國制造” 具有重要意義。2016年12月23日，國務院成立了“國家新材料產業發展領導小組”，小組決定國家重大工程“重點新材料研發及應用” 已于2017年啟動并發布指南。
對于高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料以及高性能纖維及復合材料等我國所需的關鍵工程戰略材料要轉移高端、加大國產化比重。目前，迫切需要在3D打印材料、超導材料、智能仿生與超材料、石墨烯等新材料前沿方向加大創新力度，加快布局自主知識產權，搶占發展先機和戰略制高點。
3、纖維材料在軍工國防中的應用
碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、生物基聚酰胺纖維等高性能纖維及其復合材料應用于戰略導彈發射設備、航空航天器、人造衛星、戰斗機、單兵防護等方面，不僅能提高各項器材的防御性能，還能提高單兵作戰效率。
為了提高戰斗效率，減少戰斗人員體能消耗，降低高昂的運輸成本要加強研究便于執行多樣化任務、輕質的地面戰斗車輛和戰斗防護服。如比重小、強度高的高強聚酰胺纖維，用于帳篷支架、背架等的碳纖維增強復合材料，可制造輕便防彈衣，防彈插板等的高強高模纖維。
復合纖維材料是減重纖維研究的重要方向。例如，金屬纖維層狀材料被認為是用于下一代飛機的先進材料，不僅重量輕，而且還具有較好的力學性能。
展開 【科普】纖維新材料的軍事應用與發展
主要包括四大類：（1）個人挑戰與貨物空投系統；（2）軟墻/ 剛性墻掩體/ 帳篷和營地系統；（3）士兵電源與數據集成系統；（4）士兵制服，微小氣候管理以及單兵裝備，掩體/ 帳篷，降落傘，彈藥與爆炸防護，化學、生物、輻射與核(CBRN) 防護，阻燃阻熱、環境保護、安全浮游裝置、反重力外套等。
2、我國高度重視纖維新材料的發展
材料是工業的基礎。大力推動新材料產業的發展對做強“中國制造” 具有重要意義。2016年12月23日，國務院成立了“國家新材料產業發展領導小組”，小組決定國家重大工程“重點新材料研發及應用” 已于2017年啟動并發布指南。
對于高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料以及高性能纖維及復合材料等我國所需的關鍵工程戰略材料要轉移高端、加大國產化比重。目前，迫切需要在3D打印材料、超導材料、智能仿生與超材料、石墨烯等新材料前沿方向加大創新力度，加快布局自主知識產權，搶占發展先機和戰略制高點。
3、纖維材料在軍工國防中的應用
碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、生物基聚酰胺纖維等高性能纖維及其復合材料應用于戰略導彈發射設備、航空航天器、人造衛星、戰斗機、單兵防護等方面，不僅能提高各項器材的防御性能，還能提高單兵作戰效率。
為了提高戰斗效率，減少戰斗人員體能消耗，降低高昂的運輸成本要加強研究便于執行多樣化任務、輕質的地面戰斗車輛和戰斗防護服。如比重小、強度高的高強聚酰胺纖維，用于帳篷支架、背架等的碳纖維增強復合材料，可制造輕便防彈衣，防彈插板等的高強高模纖維。
復合纖維材料是減重纖維研究的重要方向。例如，金屬纖維層狀材料被認為是用于下一代飛機的先進材料，不僅重量輕，而且還具有較好的力學性能。目前DLR 在機身殼體部件自動化鋪放方面已取得了部分成果。
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