【干货】碰撞怎么可能只拿白车身去撞？看完你就明白了！

6月前浏览11812

一、前言

看过的同学都知道，我们在2019年03月06日直播了《整车碰撞仿真分析进阶20讲》第一课《整车碰撞仿真分析概述和白车身正碰仿真案例演示》。如果还没有看过第一期课的同学，如果你对整车碰撞仿真分析比较感兴趣，那借助本文我就给大家简单总结一下我们整车碰撞仿真分析第一节课所讲的主要内容。

在这节课里面，首先我们给大家介绍了整车碰撞仿真分析一些基本情况；其次我们也对碰撞仿真分析所用的软件（包括前处理软件Hypermesh和计算软件Ls-dyna）进行了简单的介绍；然后重点是通过对一个白车身的正碰仿真分析的案例进行了演示；最后给大家介绍了整车碰撞仿真的课程内容和后续课程安排。

下面我们就来重点回顾一下，我们第一节课中给大家所讲的白车身正碰仿真的案例演示。

二、白车身正碰的案例演示

目前，乘用车所采用的白车身大多都属于全承载式的白车身。白车身主要由前围、左右侧围、顶盖和后围等部分组成，一般通过焊点、焊缝和胶粘等连接方式组成一个整体。

全承载式车身不但要承受来自路面的各种载荷，而且在发生碰撞时，还要能为车内驾乘人员的人身安全提供很好的保护。那么这就要求全承载式白车身不但要有较高的弯曲刚度和扭转刚度，还要有优良的耐撞性能。

对正碰、偏置碰而言，白车身前纵梁要有足够的溃缩吸能区间来降低碰撞加速度过大对人体造成的伤害，同时又要有足够的强度来减小前围板的侵入量；对侧碰而言，B柱对于汽车发生侧面碰撞时乘员的损伤程度有着直接的影响，B柱内部的加强部分既不能过硬，也不能过软，B柱过硬会使能量迅速转移到乘员身上，不能使能量通过车身和变形移动壁障来很好地被吸收；相反，B柱过软则会使其变形过大，从而对车内乘员造成更大的伤害。

那么我们在整车碰撞仿真分析第一课中就是通过这样一个白车身的正碰案例来给大家简单演示一下碰撞仿真分析的流程。当然整车碰撞仿真分析要比白车身的碰撞过程要复杂的多。

目前，国内大多数整车CAE仿真分析中，碰撞和结构所用的网格基本都是一套网格模型。碰撞CAE工程师会根据碰撞仿真分析要求对网格进行局部调整。因此碰撞CAE工程师拿到的白车身网格一般都是经过白车身自由模态仿真分析验证过的。

白车身的自由模态分析目的除了获得白车身的一阶弯曲和一阶扭转频率等参数，更重要的是验证了白车身整个模型的网格质量、连接是否合理、是否存在焊点漏焊等现象。图1和图2表示的我们本次白车身模型的分析对象和白车身的一阶扭转模态。

图 2‑1 白车身网格模型

图2‑2 白车身一阶扭转模态

1、Optistruct到Ls-dyna模板转换

首先，将白车身网格模型导入到Hypermesh中，这时候整个操作界面是在Optistruct模板下，我们要将其转到Ls-dyna模板下。从Tool下拉菜单里选择Convert，指向Optistruct，点击To Ls-dyna，进入到转换界面下，点击Convert，一直到最终完成转换，进入到Ls-dyna界面。见下图3所示。

图 2‑3 模型从Optistruct模板转到Ls-dyna模板下

2、导入相关K文件

一般来说，一些常规的控制关键字、材料参数和属性设置等都建立了标准的k文件，我们可以直接导入，将导入的材料参数和属性设置赋给相应的白车身部件。

3、定义Block

本次定义Block的目的主要是为白车身所有节点赋给一个50km/h的初速度。

图 2‑4 定义Block

4、定义接触

① 定义白车身部件单面自动接触

白车身的正碰仿真分析输入非线性分析，要考虑白车身部件的相关接触。如图5所示定义白车身部件的单面自动接触设置，其设置所代表的含义，我们会在后面的课程中进行详细介绍。

图 2‑5 白车身部件自接触设置

图6表示的是自接触设置好以后白车身自接触情况，可以看到所有的白车身部件已经包含到自接触内。

图 2‑6 白车身部件自接触

② 定义白车身与焊点之间的接触

除了考虑白车身部件自接触以外，还要考虑白车身与焊点的接触。如图7所示定义白车身部件与焊点之间的接触设置，其设置所代表的含义，我们也会在后面的课程中进行详细介绍。

图 2‑7 白车身与焊点之间的接触设置

图8表示的是焊点接触设置好以后白车身与焊点之间的接触情况，可以看到所有的白车身部件和焊点都包含在焊点接触内，白车身设置为主接触面，焊点设置为从接触面。

图 2‑8 白车身与焊点的焊点接触

5、定义白车身初速度

白车身的正碰过程其实就是一个动能向内能（变形能）转化的过程。因此我们要赋给白车身一个初始速度，其值为50km/h，即13.89mm/ms，所作用的范围就是我们在第（3）步所建的Block，也就是给白车身所有的节点赋上初始速度，其设置见图9所示。

图 2‑9 白车身初速度设置

6、定义重力加速度

白车身除了有初速度外，还受到重力的作用。因此对白车身定义一个重力加速度。图10表示重力加速度关键字设置。

图 2‑10 白车身重力加速度设置

7、定义刚性墙

刚性墙在整个碰撞过程中不会发生变形，不会发生位移。刚性墙需要定义其位置和其法向，在本文中要确保白车身和刚性墙有一定的间隙，以防白车身和刚性墙有初始穿透。同时要设置其摩擦系数为0.2。具体可参见图11所示。

图 2‑11 定义刚性墙及设置

8、提交Ls-dyna进行计算

模型检查无误后，就可以导出K文件，提交Ls-dyna进行计算。可以根据自己的电脑或者服务器的计算资源进行相应的CPU和内存设置。

图 2‑12 提交Ls-dyna计算

9、结果查看

计算完成后，就可以导入到Hyperview软件进行查看。对这个白车身正碰的案例来说，我们可以看一下，白车身在整个碰撞过程的前部变形情况，尤其是前保险杠处的溃缩吸能区域。具体可参见图13~图16所示。

图 2‑13 白车身0ms时的变形图

图 2‑14 白车身20ms时的变形图

图 2‑15 前保险杠0ms的变形图

图 2‑16 前保险杠20ms的变形图

三、直播期间学员提问及嘉宾的相关答复

1、问：请问一下老师，手上有个侧撞用台车模型，但是用台车撞刚性墙得出的反力超出法规规定的上限曲线蛮多！这个要怎么修正模型！这个模型是比较粗糙的！轮距也比国标规定的轮距大一些！这个不清楚怎么修正。

答：你的材料曲线设置是否合理，壁障的参数是根据实际材料做的吗，台车的建模不是很难，关键是壁障的相关参数。很多都要经过仿真和试验多次校核才可以。

2、问：这个也看了国标关键的就是要吸能块要满足国标规定的力学特性。移动台车作为刚形体简化还是好建些。

答：台车的建模相比于整车建模要简单的多，台车的关键在于壁障的相关参数。很多都要经过仿真和试验多次校核才可以。

3、问：碰撞怎么可能只拿白车身去撞。

答：这次是给大家演示一下白车身的碰撞仿真过程，只是演示一下过程，后期会对整车碰撞建模进行详细讲解，可以了解一下我们整个课程的安排。

4、请问一下老师，做鞭打仿真的时候，座椅应该如何与地板连接？如果座椅底板发生塑性变形该怎么处理模型？谢谢。

答：鞭打试验的仿真分析我们在后期会适当推出。

5、问：老师，会推出约束系统的课程吗？

答：后期看情况，如果需求较大话，我们会考虑开课。

6、问：地面线没有定义啊？

答：因为这是一个演示，我们会在后期的整车碰撞模型里面都讲到大家关心的问题。

7、还有个问题！我在定义block的过程中好像出现过两个角点选择顺序如果不对就会出错情形！就是提示block定义的体积是负！后来猜是不是要在全局坐标下定义时两个角点的xyz三向的差值必须为正！不知道老师有没有碰到过这个，不过碰到过一次后面就是总选坐标小的点先开始。

答：还没有碰到过你说的问题。嗯，这是一个好的经验，受教了。

四、第二课部分内容剧透

以上都是对上一节课的内容总结，那么接下来我们下一节课（3月13日19时）主要讲那些内容呢？我们第二课的讲课主题是：总成建模要求及网格划分规范讲解。

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、编号规则

整车CAE模型主要包括：白车身，开闭件（前后车门、尾门和前发动机盖板），动力总成、前后悬架、转向系统、仪表板横梁、踏板机构、冷却系统、轮胎、燃油箱、座椅、玻璃以及部分内外饰等组成。由于整车涉及到的模型较多，为了模型便于管理，那么就需要对整车模型进行合理的编号。合理的编号可以让我们在模型调试过程避免出现许多不必要的错误，也可以帮助我们快速定位问题所在的总成部件上。

目前，国内主机厂基本上都有相应的编号规则，这些规则可能都不太一样，但殊途同归基本原则都是大同小异。我们将会在这节课中对编号原则做详细的讲解。

2、关键部位网格划分原则

从某种意义上来说，网格质量的对分析结果的准确度有着重要的影响。因此，网格划分尤其是关键部位的网格划分，更要处理好。

① 三角形单元分散性