背景
对于这个项目，我的目标是确定杆子会对撞到杆子的汽车造成多大的损害，具体取决于杆子的尺寸。我的假设是，如果杆子非常小，杆子对汽车造成的损坏更大。然而，对于大杆，力将沿着汽车的宽度分布，导致杆进入汽车引擎盖的深度较小。因此，可能存在一个中间地带，即杆子穿透最多的地方。由于对自己的汽车进行碰撞测试的成本很高，因此我选择进行 Abaqus 动态显式分析。
我在各种尺寸的杆子上以大约 80 英里/小时的速度将汽车撞到了杆子上。结果初步证实了我的假设。
零部件
我在 Abaqus 中绘制了汽车草图并进行了挤压。其最高点宽 1500 毫米，高 1000 毫米。该车为壳单元，厚度为6mm，约为汽车引擎盖的厚度。
我还创建了一个简单的杆设计，由挤压的正方形组成。我使用 Python 脚本调整了正方形的边长和种子大小。同样的脚本也运行每项作业。我对边长（以毫米为单位）进行了建模，范围为 20-200 × 20s，然后是 400-1800 × 200s。杆子高2000毫米。
最后，我创建了一个刚性外壳部件作为地面，提供摩擦力。
材料
该问题涉及的材料是弹性和塑性特性，以及断裂应变（允许引擎盖破裂）。我假设汽车和杆子都是钢制的。使用钢材数据和在线计算器，我确定了以下参数：
此外，我将汽车的密度设置为总重量（以及惯性）为 1.3 吨，即汽车的近似重量。
设置
无论杆尺寸如何，我都将汽车放置在距杆相同（较小）的距离处，并将其初始速度设置为 36000 毫米/秒（约 80 英里/小时）。杆子的底部在所有方向上都受到约束，地面也是如此，但所有其他自由度都是自由的。设置示例如下：
结果与分析
对于 20-60 毫米的长度，汽车撞穿了杆子，几乎没有受到任何损坏。
当不被连根拔起时，在较小的直径下，杆会变形。然而，这并没有使汽车避免太大的变形。在下图中，您可以看到杆已稍微向后弯曲（颜色代表塑性应变的程度）。
如果横梁足够大，横梁不会变形，但力会分布得更多，因此汽车不会开得那么远。
下面，您可以看到完整的结果。正如您所看到的，随着杆子的增大，汽车损坏最初会显着增加，但当杆子变得足够大时，损坏很快就会趋于稳定。
对原始设计的优化
为了充分披露，重要的是讨论我一路上遇到的失败以及我因此做出的改变。
最初，我打算使用从互联网上下载的汽车 CAD 模型。然而，很少有 CAD 模型可以直接导入 Abaqus，而且我无法使用软件来转换它们。在格式正确的模型中，几何形状不精确。这导致 Abaqus 对零件进行网格划分过于精细，从而导致工作时间过长。因此，我决定自己在 Abaqus 中创建该零件。
我最初还计划使用圆形杆，而不是方形杆。然而，这导致 Abaqus 沿直径需要大量种子，从而大大增加了运行时间。因此，我改用了方杆。由此产生的网格尺寸变化将时间从大约 1.5 小时减少到大约 5 分钟，具体取决于杆的尺寸。
我最初计划使用塑性应变来确定最远的背部损伤点。然而，塑性应变是在积分点处给出的，而坐标是在节点处提取的。可以提取积分点坐标，但返回的积分点的顺序和返回的坐标的顺序之间没有明确的关系，因此很难将两个值关联起来。接下来，我尝试确定哪些节点相对于汽车未变形的部分发生了移动，但最终噪音太大，无法发挥作用。因此，我改用视觉方法来确定最远的背部应变。当应变在节点处不完美时，这使我能够额外估计应变结束的位置。
最后，我最初没有在模型中包含摩擦力。在这种情况下，汽车撞到了民意调查并以极快的速度反弹回来。这是不现实的，所以我增加了汽车和地面之间的摩擦力，解决了这个问题。
模型的局限性和担忧
该模型的一个显着限制是汽车引擎盖下的内部部件没有建模。这些部件很可能有助于减少杆刺入汽车的数量。
另一个限制是钢的种类繁多。我无法获取汽车中使用的确切钢材类型的数据，因此材料特性可能有些不准确。
最后，我担心的是，无论杆的尺寸如何，杆似乎都没有深入汽车很远。我预计这辆车会摔坏更多，但它似乎并没有这样做。
结论
如果杆子足够小，汽车可以通过它而不会停下来，那么汽车可能会受到很小的损坏。然而，一旦杆子坚固到足以承受撞击，汽车的损坏就会显着增加。然而，一旦杆足够大，最大穿透力就会显着下降。因此，如果您想在撞车时将损坏降到最低，请选择一根非常小的杆或非常大的杆。
