使用 Ansys LS-DYNA 进行汽车碰撞仿真

汽车碰撞仿真
简介
汽车碰撞仿真是汽车设计和安全工程的一个关键方面。这些仿真使工程师能够预测车辆在碰撞过程中的行为，从而有助于改进安全功能、增强车辆结构并符合监管标准。Ansys LS-DYNA 是一款广泛用于此类仿真的强大工具，因为它在复杂非线性动态事件建模方面具有强大的功能。本博客探讨了 Ansys LS-DYNA 在汽车碰撞仿真中的应用，重点介绍了其特性、优势和实际应用。

在 Ansys LS-DYNA 中执行的两辆玩具汽车的碰撞仿真。

了解 Ansys LS-DYNAAnsys

LS-DYNA 是一款高度先进的通用有限元软件，用于仿真各行各业的实际问题。它的主要优势在于能够处理大变形、复杂的接触条件和材料失效，使其成为碰撞仿真的理想选择。LS-DYNA 广泛的材料模型库及其模拟不同组件之间交互的能力为碰撞分析提供了全面的环境。

用于碰撞模拟的 LS-DYNA 的主要特点
1.
非线性动力学：LS-DYNA 擅长解决涉及几何、材料行为和边界条件非线性的问题，这些问题在碰撞场景中很常见。
2. 显式时间积分：这种方法允许在很短的时间内准确模拟事件，这对于捕获崩溃事件的细节至关重要。
3. 先进的接触算法：LS-DYNA 提供强大的接触算法，可以模拟碰撞过程中各种车辆部件之间的相互作用。
4. 材料模型：该软件包括大量材料模型，用于模拟从金属到复合材料的不同类型的材料，确保准确表示车辆结构。
5. 耐撞性：LS-DYNA 包括用于评估车辆耐撞性的特定功能，例如用于监管碰撞测试的假人和屏障模型。

设置汽车碰撞仿真

在 LS-DYNA 中设置汽车碰撞仿真涉及几个关键步骤，每个步骤都需要仔细注意细节以确保结果准确。

1. 预处理

第一步是准备车辆的有限元模型。这包括：

几何创建：将车辆的 CAD 模型导入 Ansys Workbench 或直接导入 LS-DYNA，并清理几何结构以删除不必要的细节。
网格划分：生成平衡精度和计算效率的有限元网格。LS-DYNA 支持各种网格划分技术，包括壳、实体和横梁单元，可用于对车辆的不同部分进行建模。
Material Assignment（材料分配）：为每个组件分配适当的材料属性。这包括从 LS-DYNA 的库中选择最能代表车辆所用材料真实行为的材料模型。
初始条件和边界条件：设置初始速度、飞行器的位置，并定义边界条件，例如固定支撑或对称约束。

2. 定义崩溃场景

在此步骤中，定义了崩溃场景的细节。这包括：

- 碰撞对象：定义车辆将与之碰撞的对象，例如障碍物、电线杆或其他车辆。LS-DYNA 为各种监管碰撞测试提供预定义模型。
- 接触定义：指定车辆不同部分之间以及车辆与碰撞对象之间的接触交互类型。这涉及设置接触参数，如摩擦、接触刚度和失效标准。
-假人和传感器：在车辆内放置碰撞测试假人和传感器，以测量碰撞过程中的冲击力和加速度。

3. 运行模拟

设置模型并定义碰撞场景后，可以执行模拟。这包括：

- 求解器设置：配置 LS-DYNA 求解器参数，例如时间步长、收敛标准和并行处理选项，以优化仿真性能。
- 执行：运行模拟，这可能需要几个小时到几天的时间，具体取决于模型的复杂程度和可用的计算资源。

后处理和分析

仿真完成后，需要对结果进行分析以得出有意义的结论。

1. 可视化

LS-DYNA 提供了广泛的后处理工具，用于可视化仿真结果。工程师可以检查：

- 变形模式：车辆结构在碰撞过程中如何变形，识别高应力和潜在故障区域。
- 冲击力：不同组件和碰撞测试假人所承受的力，提供对伤害机制的见解。
- 能量吸收：动能如何被车辆的褶皱区吸收，这对于最大限度地减少乘员受伤至关重要。

2. 数据分析

分析来自模拟的详细数值数据以评估：

- 耐撞性：通过评估侵入级别、假人伤害标准和结构完整性等指标，遵守安全法规和标准。
- 优化：确定车辆设计中需要改进的领域，例如加固某些组件或重新设计褶皱区域以更好地吸收能量。
- 比较研究：比较不同的设计迭代，以选择在安全性和性能方面表现最佳的设计迭代。

实际应用和案例研究

Ansys LS-DYNA广泛用于整个汽车行业，大量案例研究证明了其在提高车辆安全性方面的有效性。以下是一些示例：

1. 侧面碰撞分析

一家领先的汽车制造商进行的一项研究使用 LS-DYNA 来模拟侧面碰撞。仿真有助于识别车门结构的弱点，并加固了侧板，显著提高了车辆在侧面碰撞测试中的安全等级。

2. 行人安全

另一个应用涉及通过模拟假人的碰撞来评估行人安全。LS-DYNA 详细的人体模型使工程师能够优化车辆的前端设计，降低发生碰撞时对行人造成伤害的风险。

3. 翻车模拟

在翻车碰撞模拟中，LS-DYNA 能够模拟复杂的相互作用和大变形，从而可以分析屋顶强度和安全功能的有效性，如 rOLL 杆和安全气囊。

结论

Ansys LS-DYNA 是一款功能强大的工具，通过详细而准确的汽车碰撞仿真，在提高汽车安全性方面发挥着至关重要的作用。它在处理非线性动力学、高级接触交互和综合材料建模方面的能力使其成为旨在设计更安全车辆的工程师不可或缺的工具。通过模拟和分析碰撞场景，LS-DYNA 有助于识别潜在的安全改进措施，确保符合监管标准，并最终保护车辆乘员和行人的生命。

随着汽车技术的不断发展，使用Ansys LS-DYNA等复杂的仿真工具对于突破车辆安全性和性能的界限仍然至关重要。