【Radioss 每周干货】HyperWorks 被动安全仿真之被动安全建模

在Altair HyperWorks™ 2019.1.1版本中，前 / 后处理软件 Altair HyperMesh™ / Altair HyperView™ / Altair HyperGraph™ 针对被动安全仿真建模，整合了很多强大易用的功能，这有助于碰撞安全分析工程师方便快捷实现碰撞安全仿真流程。

本文介绍的被动安全建模方法，对Altair Radioss™及其他求解器同样适用。

图1 被动安全模型搭建示图

利用统一前处理软件Altair HyperMesh™操作流程，对于座椅模型进行调姿，可实现一次调姿，重复利用。

这有助于工程师对座椅模型进行标准化前处理，极大的减少操作步骤并降低操作错误。

Mechanism tool不仅仅针对于汽车座椅，也可适用于任何机构装置。

图2 HyperMesh中关于被动安全功能的按键

在碰撞安全分析建模过程中，不可避免地需要根据碰撞法规要求对座椅进行姿态调整，比如C-NCAP中对座椅的靠背角度和位置要求。

有时，也需要研究不同座椅位置和姿态情况下的假人伤害值。通过Mechanism tool可快速地实现座椅链接的建立，甚至可以一键自动完成。

图3 Mechanism tool的手动创建流程图

(点击图片可查看高清大图)

HyperMesh可以手动创建座椅之前的不同链接关系：如转动、滑动等。最终根据设定好的链接关系，调整座椅模型，操作方法与假人调姿完全相同。

当座椅模型中的仿真模型链接关系已经建立完成后，可通过自动创建功能一键生成Mechanism链接关系。

被动安全的仿真分析中，仿真精度也会受到仿真假人模型姿态误差影响。

假人的H点的位置是否一致？仿真假人的姿态是否符合法规要求，是否与物理假人模型一致？假人在调姿完成后是否存在网格穿透交叉穿透？

以上一系列问题都需要进行排查。

如此繁琐复杂的工作，用户都可以通过HyperMesh中的Dummy position轻松实现。

假人基于网格的姿态调整可以通过HyperMesh Dummy功能来实现。

当假人调姿后，需要通过HyperMesh Penetration工具检查网格交叉穿透进行初步检查。

当存在问题时，需要通过Pre-simulation仿真预计算的方法，调用Radioss求解器进行仿真计算调姿，以保证假人的最终姿态不存在网格交叉穿透问题。

仿真计算完成后，可通过更新假人节点的方式完成调姿。

图4 假人预计算的设置参考

设置注意项：

• Expert file：

  预计算模型导出保存的参考路径

• Simulation time：

  250-400ms的推荐计算时间

• Time step：

  请输入假人的最小时间步长（可根据实际假人最小允许时间步长进行调整）

在HyperMesh中的整个假人调姿过程流畅，无需借助其他软件。极大地避免不同前处理软件间的导入和导出过程带来的格式兼容问题，减少错误出现的几率。

假人预仿真（pre-simulation）计算完成后，会生成 .H3D 结果文件（针对于Radioss求解器）。可通过导入H3D结果文件直接更新假人的姿态，让假人模型达到由最初的原始状态更改到用于碰撞计算的最终的姿态。

注意：只有拥有相同的节点信息的假人模型，才能完成姿态的更新。

假人姿态的调整和确认工作，需要参考碰撞法规要求。座椅模型的泡棉需要贴合假人的几何形状。

更重要的是，座椅泡棉初始预应力，也是影响仿真精度的一个重要因素。

通常在鞭打实验中，泡棉初始预应力的影响最为明显。如果不考虑泡棉预应力，在假人头颈部的输出结果，从零时刻开始，就会有头盆向的加速度、力和位移，影响假人NIC颈部损伤值的计算精度。该工具同时支持有/无初始预应力的座椅泡棉压缩。

图5 通过泡棉压缩消除假人和泡棉的交叉

HyperMesh 中 Pre-simulation（seat-deform）功能是针对座椅泡棉预仿真压缩，无需复杂设置，即可提交求解器进行计算。计算完成后，同样使用H3D文件更新节点信息，方法与假人调姿预仿真相同。

图6 座椅泡棉压缩预计算流程

在设定座椅泡棉压缩的流程前，需要需进行以下工作：

• 进行座椅泡棉压缩的计算和设置前，用户需要先确认假人与座椅接触的身体部位；

• 选择完整的座椅模型，并确认和假人身体基础的部件；

• 确定座椅上的安装固定点。

图7 Pre-simulation（seat deform）工具栏的设置参考

模型选择的设定功能，同时，也需要明确其它的设置。如：预计算模型导出后的保存路径；Time Step仿真计算的时长；Friction：假人和座椅间的摩擦系数等。

图8 Pre-simulation的工具栏的相关功能阐述

座椅泡棉压缩的更新方法：

HyperMesh提供方便快捷的安全带建立功能，适用于1D，1D/2D混合，全2D安全带创建，并可自动为创建相应的材料本构、单元属性，以及与假人之间的接触关系。

复杂的儿童座椅安全带绑定，也可以轻松搞定，可从HyperMesh –> Tool à Seat belt 找到相应功能。

在HyperMesh中包含了一个建立整套安全带的建模工具，可以自动创建1D模型中安全带系统，包含：卷收器、限力器、点爆器等。

不仅如此，以上座椅调姿、假人调姿、安全带创建工具可实现联动。也就是说，当需要调整座椅位置时，假人和安全带可跟随座椅位置自动更新假人姿态以及安全带网格。

工程师通过使用通用前处理软件Altair HyperMesh进行被动安全模型的建立，能高效地完成工作，并且能极大地缩短建模时间，还可以明显降低不同软件导入导出引起的错误几率，从而提高工作效率。

HyperMesh的被动安全功能包括：

• 座椅调姿；

• 假人调姿；

• 假人预仿真计算；

• 座椅泡棉压缩预仿真计算；

• 安全带系统模型的建立。