从整车碰撞动力总成建模的原则来建立整车碰撞仿真模型
一、写在前面
5月8日（周三）晚19：00，我在仿真秀知识讲堂首播了整车碰撞仿真分析的第九次课，《整车碰撞模型建模8-动力总成模型处理方法及难点》。本课程为付费课程，但已开放给大家免费体验，觉得对你有帮助欢迎订阅整个系列课，并且进讲师VIP群免费答疑，有的放矢提高技能（限时拼团中，点击文尾的阅读原文进入直播间）。
如果你已经错过收看这节课直播，那么我将借助本文给大家简单总结一下我们整车碰撞仿真分析第九节课所讲的主要内容。
在第九节课里面，我给大家主要讲了如下主要内容：
1、动力总成概述
2、发动机变速箱模型处理方法
3、动力总成悬置模型的处理方法
4、传动轴模型的处理方法
5、其他附件模型的处理方法
下面我们就来重点回顾一下，我们第九节课中给大家所讲的动力总成模型处理方法及难点部分内容。
二、整车碰撞动力总成建模要点
由于动力总成位于整个车身的前部，在整车碰撞仿真分析中，尤其是对正碰和偏置碰而言，动力总成参与到碰撞过程中，其涉及到碰撞能量、碰撞空间、纵梁及（副）车架变形等问题，因此，动力总成的碰撞建模就显得非常重要。
动力总成指的是动力的输出装置，是整个汽车的心脏。汽车之所以能够前进后退，其动力来源即动力总成。动力总成一般是由以下几个部分组成：
① 发动机
② 变速箱
③ 空滤器
④ 悬置
⑤ 悬置安装支架
⑥ 传动轴
动力总成输出动力后，通过传动系统到达驱动车轮，使汽车实现起步、变速、减速、差速、变向等功能。
1、动力总成建模输入要求
在建立整车动力总成建模过程中，我们首先要明确需要设计部门的输入内容：
① 整车坐标系下或者局部坐标系下动力总成各结构3维几何模型；
② 整备质量状态下，动力总成局部坐标系位置；
③ 发动机和变速箱质量、重心坐标、转动惯量；
④ 空滤器、悬置及安装支架各构件名称、编号、厚度、材料牌号明细表。
⑤ 悬置橡胶软垫六个方向刚度曲线（力-位移曲线）或橡胶密度与剪切模量。
2、发动机变速箱的几何清理
发动机一般是由以下几个部分组成：发电机、空压器、点火机构 、各燃烧室机构、齿轮机构、凸轮机构、油底壳、涡轮增压机构（部分发动机型号）以及其他附件。
变速箱一般是由以下几个部分组成：传动机构、齿轮减速器、换挡机构、同步机构以及其他附件。
发动机变速箱外壳大多都是壁厚较厚的铸铁或铸铝结构，碰撞分析中将其处理成刚体，因此发动机变速箱的建模仅需要建立出外部轮廓即可。相比于其他总成而言，发动机变速箱的几何清理工作非常复杂繁琐，并且几何清理也只针对外表面几何结构，只需要保留外表面较大的凸台，外部功能机构等。
发动机变速箱整个内部是中空的。同发动机和变速箱相连的油路、电路、润滑等管路，以及为连通这些管路而开的孔等，在建模时都可以忽略。建议将发动机、变速箱和油底壳三个主要部件合成一个整体，统一进行网格划分。
图 2‑1 发动机变速箱几何模型结构
图 2‑2 发动机变速箱网格处理模型
3、局部坐标系的建立
确定动力总成数模是否属于整车设计坐标系下，且位置是否正确。如果发动机总成数模及其相关参数都是在整车坐标下，那么就无需创建局部坐标系。
定义局部坐标系是为了定义动力总成转动惯量、质量、质心等参数，在后续参数输入时，切记将相关参数的关联坐标系选择为此坐标系。
确定局部坐标系原点位置，即动力总成的质心位置，根据各车型布置要求，定义出局部坐标系。
图 2‑3 局部坐标系的建立
4、动力总成悬置模型的处理
动力总成与车身（车架）连接一般采用的是三点或者四点悬置连接。目前常见的悬置大多都是橡胶悬置。其结构特点是铸铁、铸铝的铸件，中间填充橡胶软垫。悬置可以隔离发动机的振动，同时也可隔离路面激励对发动机的冲击作用。
悬置本体仅可保留完整外表面及其典型特征，可以采用实体单元进行网格划分。
悬置安装支架如果采用的是钣金件拼焊件，几何清理时，先抽取此构件实体的中面，按构件特征面来清理分面。
悬置安装支架如果采用的铸件结构，几何中面很难抽取，建议采用实体单元进行网格划分，在外面包一层壳单元，壳单元的材料为MAT9。
悬置的网格处理：橡胶悬置采用实体单元划分。外面包一层壳单元即可。动力总成悬置支架根据几何模型特点进行相应的网格划分。
悬置的材料一般为橡胶，其材料可以调用MAT7，即*MAT_BLATZKO_RUBBER关键字。该材料只需要定义密度和剪切模量即可。
图 2‑4 动力总成悬置支架的建模方法
5、传动轴的模型处理
传动轴的处理方法：传动轴一般为钢质实心圆杆，几何清理较为简单，只需沿长度方向保留圆形截面特征即可。与变速箱及转向节等连接的部位，如无明显外凸部分，此处几何清理可忽略。传动轴的网格采用实体单元进行网格划分，并且在其外面在包一层壳单元，壳单元的材料属性定义为MAT9。
传动轴的连接：传动轴上分布4个万向节连接。传动轴和变速箱支架的连接采用刚性体和柔性体之间的连接方式，即采用关键字*CONSTRAINED_EXTRA_NODES_SET。
图 2‑5 传动轴的几何模型
图 2‑6 传动轴的网格处理模型
6、其他附件的模型处理
① 中冷器的处理方法
中冷器的管道可以抽取中面进行网格划分，其材料为塑料PP。中冷器采用实体单元进行网格划分，其材料一般都是塑料PP，并且在实体单元外面在包一层壳单元，壳单元的材料属性定义为MAT9。
中冷器的连接：刚体片连接和共节点连接。
图 2‑7 中冷器模型的处理方法
② 空滤器的处理方法
空滤器在外表面进行几何清理，保留外表面的基本特征，进行壳单元网格划分，一些小的加强筋特征都可以忽略，只需保留较大的特征面即可。
空滤器的材料一般都是塑料PP。空滤器的管道可以抽取中面进行网格划分，其材料为塑料PP。
空滤器的连接：刚体片连接、共节点连接和刚性单元连接。
图 2‑8 空滤器模型的处理方法
③ 进排气歧管的处理方法
排气歧管也属发动机构件，通常也为铸件，在碰撞过程中往往是造成前挡板侵入的直接原因，因此其建模要比发动机处理的细致一些。 取其表面结构进行几何清理，在其表面上进行壳单元网格划分。
进排气歧管的连接：发动机共节点连接。
图 2‑9 进排气歧管模型的处理方法
三、周三课程部分内容剧透
以上是对上一节课的内容的简单总结，如果想了解的更详细，可以观看我们的第九节课视频。那么接下来我们下一节课本周课程主要讲哪些内容呢？
本周课程主讲课程主题是：冷却、排气、燃油及电器系统模型处理方法及难点。下面我们就围绕这个讲课主题来给大家做个简单的剧透。
1、冷却系统模型的处理方法
冷却系统在整车碰撞过程中将载荷从障碍物传递到发动机，这条载荷传递路径对发动机的运动有很大的影响，并可能进一步影响防火墙的侵入。因此冷却系统的建模在整车的建模过程中属于不可缺少的部分。
整个冷却系统较为复杂，可以适当对系统进行简化，保留主要部件和主要特征，以减少单元数量，提高计算效率。
图 3‑1 冷却系统模型的处理方法
2、排气系统模型的处理方法
由于排气系统在整车碰撞过程中对整车碰撞性能的影响较小，因此可以适当对排气管系统进行简化。可以抽取其中面，在中面上进行网格划分。
图 3‑2 排气系统模型的处理方法
某些排气管系统的部件之间是通过法兰盘连接的，法兰盘和排气管进行共节点处理，两个法兰盘采用刚性单元进行连接。
图 3‑3 法兰盘的处理方法
以上只是对下节课的简单介绍，如果你对其比较感兴趣的，可以关注本周三（5月15日）晚上19:00的课程直播。
时间过的真快，我们整车碰撞仿真建模系列课已经过半。还未上车的小伙伴们要抓紧了。以下是我的整车碰撞分析的课表。（限时拼团48小时中，历史最低价）
