基于ANSYSLSDYNA的轎車車門

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1、 基于ANSYS/LS-DYNA的轎車車門 碰撞仿真模擬 摘 要 碰撞問(wèn)題屬于沖擊動(dòng)力學(xué)的研究范疇，其過(guò)程具有高速、高溫、高壓等基本特性。因?yàn)榧虞d速率高、變形大、接觸物體間的侵徹貫入作用，在高速碰撞過(guò)程中材料內(nèi)呈現(xiàn)明顯的應(yīng)變率及絕熱溫升效應(yīng)，甚至發(fā)生相變。 高速汽車碰撞對(duì)車身結(jié)構(gòu)帶來(lái)的破壞一直受到交通部門的關(guān)注，數(shù)值模擬因其經(jīng)濟(jì)性和高效性日益成為碰撞問(wèn)題的重要研究手段。它可以節(jié)省試驗(yàn)的巨大投入，方便地描述和動(dòng)態(tài)顯示問(wèn)題的整個(gè)過(guò)程。本文運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA對(duì)汽車車門被撞進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，討論了多種速度和碰撞角度情形下轎車門被碰撞的情況，對(duì)仿真中的各種情況進(jìn)行的初

2、步分析并對(duì)車門設(shè)計(jì)提出了一些直觀建議。 關(guān)鍵詞：有限元方法；ANSYS/LS-DYNA；碰撞仿真 Abstract Collision problem belongs to the research areas of impact dynamics,the basic characteristic of its process means to be high speed , high voltage and high temperature. Because of the load of high speed, large deformation, effect of

3、 penetration between objects, material shows obvious strain rate and adiabatic with temperature rising, even phase changing in the process of high-speed collision. That high-speed collision between automobile damages the body structure is concerned by the traffic departments for a long time. Numeri

4、cal simulation with the character of economy and efficiency becomes more and more important research method for collision problem. In this paper, a vehicle will run in a door at certain speed and angle, that is based on the analysis ability of ANSYS/LS-DYNA. Keywords: Finite element method; ANSYS/

5、LS-DYNA; Collision simulation 目 錄 第1章．緒言…………………………………………………………1 第2章．ANSYS/LS-DYNA簡(jiǎn)介………………………………………3 第3章．問(wèn)題描述與建?！? 3.1分析過(guò)程規(guī)劃…………………………………………………5 3.2建立幾何模型…………………………………………………6 3.3劃分有限元網(wǎng)格…………………………………………… 11 3.4建立PART……………………………………………………11 3.5定義接觸信息………

6、……………………………………… 12 3.6定義邊界條件及約束……………………………………… 13 3.7定義保險(xiǎn)杠的初始速度…………………………………… 13 3.8施加保險(xiǎn)杠面載荷………………………………………… 14 第4章．求解……………………………………………………… 17 4.1求解設(shè)置…………………………………………………… 17 4.2輸出關(guān)鍵字文件Collision.K…………………………… 18 4.3向LS-DYNA求解器遞交求解……………………………… 19 第5章．結(jié)果分析………………………………………………… 21 5.1觀察碰撞過(guò)程……………

7、………………………………… 21 5.2觀察車門內(nèi)的等效應(yīng)力分布……………………………… 22 5.3觀察速度值改變后的碰撞結(jié)果…………………………… 24 5.4觀察速度方向改變后的碰撞結(jié)果………………………… 24 5.5小結(jié)………………………………………………………… 27 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………30 第1章.緒 言 1.1工程背景及選題意義 現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)。因此，由20世紀(jì)進(jìn)入21世紀(jì)，引導(dǎo)人類科技再次進(jìn)步的將是與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的科技。而計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用與發(fā)展也得力于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步：將計(jì)算機(jī)

8、軟件用于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、分析與制造，已成為近代工業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-aided Design，CAD），即使用計(jì)算機(jī)軟件直接從事圖形的繪制與結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer-aided Engineering，CAE）是用工程上分析的過(guò)程及計(jì)算方法來(lái)輔助工程師做設(shè)計(jì)后的分析或進(jìn)行同步工程；而計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer-aided Manufacturing，CAM）則是直接用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助操縱各式各樣的精密工具機(jī)器以制造不同的零部件。國(guó)內(nèi)最早引進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件是CAD,然后是CAM，最后是CAE。 CAE的技術(shù)種類很多，其中包括有限

9、元法，邊界元法，有限差分法等。每一種方法都有其應(yīng)用領(lǐng)域，而有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域，而隨著其越來(lái)越多的發(fā)展，加上其結(jié)合了不同的領(lǐng)域，像流體與結(jié)構(gòu)力學(xué)的耦合，電路學(xué)與電磁學(xué)的耦合，使得CAE的發(fā)展越來(lái)越迅速，應(yīng)用也越來(lái)也廣泛。 碰撞問(wèn)題屬于沖擊動(dòng)力學(xué)的研究范疇，其過(guò)程具有高速、高溫、高壓等基本特性。因?yàn)榧虞d速率高、變形大、接觸物體間的侵徹貫入作用，在高速碰撞過(guò)程中材料內(nèi)呈現(xiàn)明顯的應(yīng)變率及絕熱溫升效應(yīng)，甚至發(fā)生相變。高速汽車碰撞對(duì)車身結(jié)構(gòu)帶來(lái)的破壞一直受到交通部門的關(guān)注，數(shù)值模擬因其經(jīng)濟(jì)性和高效性日益成為碰撞問(wèn)題的重要研究

10、手段。它可以節(jié)省試驗(yàn)的巨大投入，方便地描述和動(dòng)態(tài)顯示問(wèn)題的整個(gè)過(guò)程。本文即是應(yīng)用數(shù)值仿真軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)汽車碰撞中車門的變形仿真，通過(guò)對(duì)不同速度不同碰撞角度下的碰撞仿真，為車門設(shè)計(jì)提供初步的建議。 1.2 文章的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 我們?cè)诘诙轮饕榻B了仿真軟件ANSYS/LS-DYNA，重點(diǎn)介紹了它處理問(wèn)題的特點(diǎn)和所適用的求解問(wèn)題。在第三章和第四章，我們主要介紹了應(yīng)用ANSYS進(jìn)行車門建模和用LS-DYNA進(jìn)行碰撞仿真；在第五章我們分析了多種情形下的仿真結(jié)果，并給出了初步分析結(jié)論。 第2章 ANSYS/LS-DYNA簡(jiǎn)

11、介[2、4] ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的工程分析軟件包。ANSYS軟件在工程上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，包括機(jī)械、電機(jī)、土木、航空及電子等不同領(lǐng)域，而且在這些方面的應(yīng)用都能達(dá)到相當(dāng)程度的可靠度，頗獲各界好評(píng)。計(jì)算機(jī)輔助工程分析是利用有限元法及數(shù)值分析的結(jié)合來(lái)完成分析工作的

12、。使用該軟件可以降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。 LS-DYNA是分析功能最全面的顯示分析程序，其前身為美國(guó)Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室J.O.Hallquist博士于1976年主持開(kāi)發(fā)完成的DYNA程序系列，DYNA程序時(shí)域積分采用顯示的中心差分格式，可用于分析爆炸與高速?zèng)_擊等過(guò)程中的大變形動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)DYNA程序的主要目的是為武器設(shè)計(jì)提供分析工具。1988年，J.O.Hallquist創(chuàng)建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，主要包括顯示的LS-DYNA2D、LS-DYNA3D，隱式的LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、熱分析LS-TOPAZ2D、LS-T

13、OPA3D,前后處理程序LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS等商用程序，逐步規(guī)范和完善程序的分析功能，增加了汽車安全分析、金屬板的沖壓成形分析以及流固耦合分析等功能，使得LS-DYNA程序系列的應(yīng)用范圍不斷得到擴(kuò)大，并建立起完備的軟件質(zhì)量保證體系。 LS-DYNA是功能齊全的非線性分析程序包，可以處理各類復(fù)雜的非線性問(wèn)題。其顯示算法特別適合于分析各類沖擊、爆炸、結(jié)構(gòu)撞擊等動(dòng)態(tài)非線性問(wèn)題，同時(shí)還可以求解熱傳導(dǎo)、流體動(dòng)力學(xué)以及流固耦合問(wèn)題。其算法特點(diǎn)是以Lagrange為主，兼有ALE和Euler算法；以顯示求解為主，兼有隱式求解功能；以結(jié)構(gòu)分析為主，兼有熱分

14、析、流固耦合功能；以非線性動(dòng)力分析為主，兼有靜力分析功能。 在LS-DYNA發(fā)展歷程中，與ANSYS的合作是具有重要意義的事件之一。1996年，LSTC公司和ANSYS公司開(kāi)始進(jìn)行技術(shù)和市場(chǎng)方面的合作，共同推出了ANSYS/LS-DYNA的第一個(gè)版本5.5（版本號(hào)同ANSYS版本號(hào)）。ANSYS/LS-DYNA結(jié)合了ANSYS界面的前后處理功能與LS-DYNA的求解器強(qiáng)大的分析能力。對(duì)于熟悉ANSYS基本操作的用戶而言，使用ANSYS/LS-DYNA來(lái)處理各種高度非線性的動(dòng)態(tài)問(wèn)題是一個(gè)很理想的選擇。目前，ANSYS/LS-DYNA的最新版本是12.0，其前處理器支持LS-DYNA求解器971

15、版本的大部分分析功能。 LS-DYNA自20世紀(jì)90年代引入國(guó)內(nèi)以來(lái)，迅速在相關(guān)的工作領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，目前該程序已成為國(guó)內(nèi)科研和工程人員開(kāi)展數(shù)值實(shí)驗(yàn)以及仿真分析的強(qiáng)有力工具之一。 LSTC公司和ANSYS公司合作推出的ANSYS/LS-DYNA結(jié)合了LS-DYNA強(qiáng)大的顯示動(dòng)力分析能力與ANSYS方便易用的前后處理功能，對(duì)于熟悉ANSYS結(jié)構(gòu)分析的工程人員，ANSYS/LS-DYNA無(wú)疑是最容易使用的顯示分析工具。 第3章.問(wèn)題描述與建模 3.1分析過(guò)程規(guī)劃 如圖1所示，車門高1.2m，寬1m，最厚處為0.05m，內(nèi)材質(zhì)為空，保險(xiǎn)杠截面為0.1m的正方形，取

16、長(zhǎng)為1m，略有弧度。保險(xiǎn)杠最底部高出車門下邊緣0.25m。保險(xiǎn)杠將以一定的速度和不同的角度碰撞車門，本論文即分析這一動(dòng)力過(guò)程。 圖1 保險(xiǎn)杠碰撞車門示意圖 車門采用Thin Shell 163殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，為節(jié)省機(jī)時(shí)，車門上的玻璃材質(zhì)將不予考慮。保險(xiǎn)杠模型采用三維實(shí)體顯示單元SOLID164進(jìn)行網(wǎng)格化分。車門采用雙線性彈塑性模型，因?yàn)楸疚闹饕治雠鲎策^(guò)程中車門的變化，故保險(xiǎn)杠的材料模型選擇為剛體。 為了接近事實(shí)，在車門前端上下兩點(diǎn)處約束所有自由度，整個(gè)車門的邊緣施加固定Z向約束邊界條件。保險(xiǎn)杠與車門之間的接觸采用*CONTACT_SURFACE_

17、TO_SURFACE_AUTOMATIC接觸算法。整個(gè)建模過(guò)程采用kg-m-s國(guó)際單位制。 計(jì)算結(jié)束時(shí)間取0.05s，每隔0.001s輸出一個(gè)結(jié)果數(shù)據(jù)文件。 進(jìn)入ANSYS/LS-DYNA的程序界面后，通過(guò)菜單項(xiàng)Utility Menu>File>Change Jobname，指定分析的工作名稱為Bumper to Door；通過(guò)菜單項(xiàng)Utility Menu>File>Change Title，指定圖形顯示標(biāo)題為Analysis of Collision。 3.2建立幾何模型 3.2.1定義單元類型 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>Element Typ

18、e>Add/Edit /Delete，在彈出的Element Type對(duì)話框中，單擊ADD按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對(duì)話框，如圖2所示，定義兩種所需單元類型。 3.2.2定義材料模型及實(shí)常數(shù) 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models，出現(xiàn)Define Material Model Behavior窗口，如圖3所示定義兩種材料模型，材料2密度為7.8E3,楊氏模量為2.07E11,泊松比為0.25；材料1參數(shù)如圖4所示。 圖

19、2 定義單元類型 圖3 定義材料模型 上述材料模型1和2將在后面的建模操作中分別用于車門以及保險(xiǎn)杠的單元網(wǎng)格劃分。 圖4 車門材料各項(xiàng)參數(shù) 實(shí)常數(shù)的定義只需針對(duì)Shell 163單元，輸入殼單元的厚度為0.0025，剪切參數(shù)為5/6，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。 3.2.3建立車門幾何模型 在ANSYS的命令窗口輸入以下命令即可建立車門的模型： /PREP7 K, K,2,1 K,3,1,0.6 K,4,,1.2 K,5,0.4,1.1 L,1,2 L,2,3

20、 LARC,3,4,5 L,4,1 K,6,,,0.05 K,7,,0.8,0.05 K,8,0.6,,0.05 LARC,4,6,7 LARC,6,2,8 L,1,6 A,1,2,3,4 AL,5,6,2,3 AL,4,7,5 AL,1,7,6 K,9,0.05,0.6 K,10,0.95,0.6 K,11,0.05,1.12 K,12,0.4,1.05 L,9,10 L,11,9 LARC,10,11,12 AL,8,10,9 K,13,,,0.1 L,1,

21、13 VDRAG,5,,,,,,11 ASBA,1,5 ASBV,2,1 L,9,18 L,10,17 L,11,19 AL,9,12,20,14 AL,8,12,18,13 AL,10,13,19,14 3.2.4建立保險(xiǎn)杠幾何模型 首先旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在命令窗口輸入:WPROTA,,,-90。然后通過(guò)選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>Modeling> Create> Areas>Rectangle>By Dimensions，在彈出的Create Rectangle by Dimensions對(duì)話框中輸入保險(xiǎn)杠截面尺寸，如圖6所示，單

22、擊OK按鈕。 在命令窗口中輸入WPROTA,,,90，將坐標(biāo)系歸于原來(lái)位置。依舊采取命令流的方式建立保險(xiǎn)杠模型： 圖5 建立保險(xiǎn)杠截面 K,21,0.5,0.35,0.15 K,22,1,0.35,0.2 LARC,20,22,21 VDRAG,7,,,,,,22 LDELE,22,,,1 3.3劃分有限元網(wǎng)格 分別采用殼單元SHELL163及顯示體單元SOLID164對(duì)車門和保險(xiǎn)杠進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，按如下的操作步驟進(jìn)行： 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntr

23、ls >ManualSize>Lines>Picked Lines，規(guī)定各線段的等分?jǐn)?shù)： L1、L6、L24、L25、L27及L29等分50份； L2等分30份； L4及L5等分60份； L3、L9、L19、L10及L20等分20份； L8及L18等分40份； L15-L17、L21、L23、L26、L28、L30等分5份。 通過(guò)選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>Meshing>Meshing Attributes指定網(wǎng)格屬性：對(duì)車門采用SHELL163單元，材料類型1及實(shí)常數(shù)1劃分自由網(wǎng)格，保險(xiǎn)杠采用SOLID164單元，材料類型2進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。通過(guò)菜

24、單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor> Meshing>MeshTool 劃分后的有限元模型如圖6所示。 3.4建立PART 通過(guò)菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Parts Options，彈出Parts Data Written for LS-DYNA對(duì)話框，選中Create all parts復(fù)選框，單擊OK按鈕，彈出建立的PART信息列表文本窗口，如圖7所示，關(guān)閉它，返回圖形用戶界面。 圖6 保險(xiǎn)杠碰撞車門的有限元模型 3.5定義接觸信息 3.5.1定義接觸類

25、型和接觸參數(shù)。 圖7 PART列表 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options> Contact>Define Contact，彈出Contact Parameter Definitions對(duì)話框，在Contact Type中選擇Surface to Surf和Automatic，即面—面自動(dòng)接觸算法ASTS，采用默認(rèn)參數(shù)。 3.5.2定義接觸部件。 以上參數(shù)設(shè)置完成后，單擊Contact Parameter Definitions對(duì)話框的OK按鈕，彈出Contact Options對(duì)話框，接觸部件和目

26、標(biāo)面部件號(hào)分別選擇2和1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 3.6定義邊界條件及約束 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options> Constraints>Apply>On Lines，在彈出的對(duì)象拾取對(duì)話框中選擇L1-L4，出現(xiàn)Apply U，ROT on Nodes對(duì)話框，在DOFs to be constrained一欄中選擇UZ，然后單擊OK按鈕。 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options> Constraints>Apply>On Nodes，在彈出的對(duì)象拾取對(duì)話框中單擊車門最前部的上下兩點(diǎn)

27、，出現(xiàn)Apply U，ROT on Nodes對(duì)話框，在DOFs to be constrained 一欄中選擇ALL DOF，然后單擊OK按鈕。 3.7定義保險(xiǎn)杠的初始速度 通過(guò)選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Initial Velocity>On Parts>W/Nodal Rotate，彈出Generate Velocity對(duì)話框，如圖8 所示。在Part列表中選擇Part2，即保險(xiǎn)杠，在Translational Velocity一欄中，輸入保險(xiǎn)杠在總體直角坐標(biāo)系下的各個(gè)初始速度分量，VZ填-20（單位：m/s）,其余

28、參數(shù)不填寫(xiě),單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框,完成保險(xiǎn)杠初始速度的施加. 圖8 施加保險(xiǎn)杠的初始速度 3.8施加保險(xiǎn)杠面載荷 計(jì)算結(jié)果表明，保險(xiǎn)杠僅有初速度是不夠的，碰撞過(guò)程中會(huì)發(fā)生反彈。實(shí)際情形中，車體會(huì)在保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)面提供向前的壓力，阻止碰撞瞬間的高壓強(qiáng)帶來(lái)的反彈。 通過(guò)菜單項(xiàng)Utility Menu>Parameters>Array Parameters> Define/Edit,定義名稱為TIME和FORCE的兩個(gè)數(shù)組： NO. TIME FORCE 1 0 50000

29、 2 0.05 50000 表1 時(shí)間-載荷數(shù)組 通過(guò)菜單項(xiàng)Utility Menu>Select>Entities，彈出Select Entities對(duì)話框，選擇類型設(shè)為Areas，選中A9，然后選擇Nodes，Attached to Areas，All，最后選擇Elements，Attached to Nodes，建立由所選Elements組成的組元(Component),定義名稱為L(zhǎng)oad。 圖9 面載荷的施加 通過(guò)菜單項(xiàng)Main Menu>LS-DYNA Options>

30、Loading Options> Specify Loads,施加如圖9所示的面載荷。 上述操作完成后,選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Finish，退出前處理器。 第4章．求解 通過(guò)菜單項(xiàng)Main Menu>Solution進(jìn)入求解器。在求解之前，還需要對(duì)相關(guān)的求解以及輸出選項(xiàng)進(jìn)行一系列設(shè)置。 4.1求解設(shè)置 4.1.1設(shè)置步長(zhǎng)因子 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Solution>Time Controls>Time Step Ctrls，彈出Specify Time Step

31、Scaling For LS-DYNA Explict對(duì)話框，在Time Step Scale factor域中輸入0.6，如圖10所示，單擊OK按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。 4.1.2設(shè)置求解時(shí)間 選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Solution>Time Controls>Solution Time，彈出Solution Time for LS-DYNA Explict對(duì)話框，輸入計(jì)算時(shí)間為0.05（單位：s），如圖11所示。 圖10 設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)因子 圖11 求解結(jié)束時(shí)間 4.1.3設(shè)置結(jié)果文件輸出步數(shù) 選擇菜單項(xiàng)

32、Main Menu>Solution>Output Controls>File Output Freq>Number of Steps，彈出Specify File Output Frequency對(duì)話框，在[EDRST]一欄中輸入結(jié)果文件的輸出步數(shù)為50，在[EDHTIME]一欄中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 4.1.4設(shè)置結(jié)果文件輸出類型 選擇菜單項(xiàng)Mani Menu>Solution>Output Controls>Output File Types，在Specify Output File Types for LS-DYNA對(duì)話框中選擇Add和LS-DYNA，即在計(jì)算時(shí)輸出用

33、于LS-PREPOST后處理的結(jié)果文件，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 4.2輸出關(guān)鍵字文件Collision.K 上述選項(xiàng)設(shè)置完成后，選擇菜單項(xiàng)Main Menu>Solution>Write Jobname.k，輸出模型關(guān)鍵字文件Collision.K到工作目錄。 上述工作完成后，通過(guò)菜單項(xiàng)Utility Menu>File>Exit推出ANSYS。 4.3向LS-DYNA求解器遞交求解 通過(guò)Windows系統(tǒng)的“開(kāi)始”按鈕，選擇ANSYS程序組中的Configure ANSYS Products,進(jìn)入ANSYS的啟動(dòng)窗口。 在Launch選項(xiàng)卡中，Simulati

34、on Environment欄選擇LS-DYNA Solver，License選擇ANSYS LS-DYNA。 轉(zhuǎn)到File Management選項(xiàng)卡，Working Directory設(shè)定為關(guān)鍵字文件所在的目錄，Keyword Input File指向工作目錄下的Collision.K。 轉(zhuǎn)向Customization選項(xiàng)卡，在Memory欄中輸入100000000，單擊窗口左下方的Run按鈕，即可將關(guān)鍵字文件遞交LS-DYNA求解程序并開(kāi)始計(jì)算。 在求解過(guò)程中，可以通過(guò)程序的輸出窗口觀察單元失效的過(guò)程，采用SW2選擇開(kāi)關(guān)可以獲取實(shí)時(shí)信息。 如圖12所示為計(jì)算碰撞過(guò)程中單元失效時(shí)屏

35、幕輸出窗口的顯示內(nèi)容。 求解完成后，屏幕輸出窗口提示Normal Termination！，按任意鍵推出。 圖12 單元失效時(shí)的輸出信息 第5章．結(jié)果分析 通過(guò)LS-PREPOST菜單項(xiàng)File>Open>Binary Plot，在彈出的對(duì)話框中選擇打開(kāi)工作目錄下的二進(jìn)制結(jié)果文件D3plot，將結(jié)果信息讀入LS-PREPOST后處理器，繪圖區(qū)域中將出現(xiàn)計(jì)算模型的正視圖。 5.1觀察碰撞過(guò)程 通過(guò)動(dòng)畫(huà)播放控制臺(tái)，可觀察碰撞的整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。 利用程序主菜單的Splitw功能按鈕提供窗口切分顯示功

36、能，在Split Window面板的Window Configuration選項(xiàng)中選擇2×2復(fù)選框，在Draw to Sub window選項(xiàng)中選擇所需的Sub window，在動(dòng)畫(huà)控制臺(tái)中選擇各個(gè)切分窗口中要顯示的結(jié)果步。 如圖13所示為碰撞過(guò)程的一系列時(shí)間步的正面結(jié)果圖。 圖13 正面碰撞結(jié)果 如圖14所示為碰撞過(guò)程的一系列時(shí)間步的內(nèi)側(cè)結(jié)果圖。 圖14 內(nèi)側(cè)碰撞結(jié)果 由圖13和圖14可以明顯看出，因?yàn)檐囁俑?，在碰撞過(guò)程中，保險(xiǎn)杠對(duì)車門造成了較大的傷害，導(dǎo)致了車門發(fā)生大變形。尤其在車門的后側(cè)邊緣處材料的屈曲現(xiàn)象極為突出。 5.2觀察車

37、門內(nèi)的等效應(yīng)力分布 對(duì)各個(gè)切分窗口分別選中并采取如下操作： （1）選擇程序主菜單區(qū)域第一頁(yè)的SellPar按鈕，在Part Selection面板的Part ID中選中Part 1 。 （2）選擇程序主菜單區(qū)域第1頁(yè)的Fcomp按鈕，在Fringe Component面板中選擇Stress和Von Mises Stress，單擊Apply按鈕；利用動(dòng)畫(huà)播放控制臺(tái)，選擇需顯示的子步結(jié)果。 如圖15和圖16所示為一系列不同時(shí)刻車門內(nèi)Von Mises等效應(yīng)力等值線分布云圖。 圖15 車門中的等效應(yīng)力分布（正面） 圖16 車門中的等效

38、應(yīng)力分布（內(nèi)側(cè)） 由上面兩圖可知，碰撞應(yīng)力的數(shù)值是非常大的，在第三個(gè)圖中最大應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到了8.15×107帕，可見(jiàn)高速碰撞對(duì)于工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是一種極難應(yīng)付的挑戰(zhàn)。 5.3觀察速度值改變后的碰撞結(jié)果 圖17所示速度為5m/s且加速度為0的輕微碰撞結(jié)果： 圖17 輕微碰撞 上圖中車門只發(fā)生了輕微的變形，車門輪廓及車窗邊緣基本沒(méi)有改變。圖17對(duì)比圖14可知，在交通事故中，車體行駛的越快，碰撞后車輛變形越大，人員受傷程度更高，造成的后果更慘重。所以，現(xiàn)在很多交通地段限制汽車的行駛速度是非常合理的，是維護(hù)我們?nèi)松戆踩闹匾胧?，希望大?/p>

39、都能遵守。 5.4觀察速度方向改變后的碰撞結(jié)果 車體速度仍舊20m/s，其他條件不變，只改變碰撞角度。把保險(xiǎn)杠的初速度改作VX為14.14m/s,VY為0，VZ為-14.14m/s，即保險(xiǎn)杠以450角碰撞車門，再次向LS-DYNA求解器遞交求解。 下兩圖所示為450碰撞正面與內(nèi)側(cè)結(jié)果： 圖18 450碰撞正面結(jié)果 圖19 450碰撞內(nèi)側(cè)結(jié)果 通過(guò)這兩圖可看出450碰撞車門外側(cè)已產(chǎn)生被撞破的跡象，輪廓也已發(fā)生了較大的改變，比垂直碰撞變形嚴(yán)重。下面從應(yīng)力云圖論證這一結(jié)果。

40、 圖20 450碰撞正面應(yīng)力云圖 圖21 450碰撞內(nèi)側(cè)應(yīng)力云圖 從上兩圖對(duì)比圖15和圖16，的確450碰撞的應(yīng)力要略大于垂直碰撞，這也就解釋了450碰撞車門變形更大的原因。 由此可知，相同情況下，不同角度的碰撞會(huì)帶來(lái)不同的結(jié)果，速度方向的變化也會(huì)改變最大應(yīng)力值。 5.5小結(jié) 交通安全是關(guān)乎生命與財(cái)產(chǎn)的無(wú)法令人忽視的問(wèn)題，降低車輛碰撞對(duì)車身及人體的傷害是汽車工程師永恒的使命。國(guó)際上著名的NCAP汽車碰撞測(cè)試的普及也體現(xiàn)出了人們對(duì)汽車安全的高度關(guān)注。本文基于ANSYS/LS-DYNA強(qiáng)大的動(dòng)力分析能力，簡(jiǎn)單地模擬了汽車碰撞過(guò)程中

41、車門的變形情況。 由于本人水平有限，模型建立得很粗糙，只是建立了汽車的前保險(xiǎn)杠，并未能對(duì)整車進(jìn)行建模，結(jié)果必定有所失真。同時(shí)受計(jì)算時(shí)間的限制，網(wǎng)格沒(méi)有劃分的很詳細(xì)。在前幾次的求解中，我曾想過(guò)把整車的質(zhì)量都加在保險(xiǎn)杠上用來(lái)模擬車輛碰撞，但由于碰撞后期的高壓強(qiáng)，保險(xiǎn)杠發(fā)生了很明顯的反彈，這是完全不符合實(shí)際情況的。于是我將保險(xiǎn)杠與車身分開(kāi)，看成是互相獨(dú)立的個(gè)體，車身在整個(gè)期間提供給保險(xiǎn)杠向前的面壓力，這樣，結(jié)果就比較令人滿意了。 本文中汽車以不同的初速度撞擊車門，對(duì)車門造成的變形差別很大。為了體現(xiàn)這點(diǎn)，我刻意拉大了初速度的間距，終于取得了令人欣喜的成果。從截圖中可以看出，較之5m/s的初速度，2

42、0m/s的初速度帶來(lái)了明顯的屈曲效果，車門輪廓應(yīng)變現(xiàn)象尤為突出。在垂直碰撞與450碰撞對(duì)比中，450碰撞對(duì)車門的傷害要大些，盡管應(yīng)力數(shù)值只是略大一點(diǎn)，但細(xì)心觀察，車門邊框及車窗邊緣的應(yīng)變要更劇烈，邊角處的形變也很鮮明。 致謝 當(dāng)本文終稿之時(shí)，也是筆者大學(xué)本科生活動(dòng)結(jié)束的時(shí)候，即將走向工作崗位的我，對(duì)大學(xué)生活充滿了無(wú)限的留戀與不舍。懷念同學(xué)之間真摯的友誼，懷念美麗的校園，懷念恩師潺潺的教會(huì)，本文是在副教授的親切指導(dǎo)下完成的。在本科的四年中李老師的無(wú)私教誨，使得我在

43、學(xué)習(xí)的過(guò)程中收益良多。李老師豐富的知識(shí)積累和對(duì)學(xué)術(shù)問(wèn)題的洞察力深深折服了我。同時(shí)在與李老師的交談中，老師對(duì)學(xué)生的關(guān)心和對(duì)學(xué)術(shù)問(wèn)題的嚴(yán)格要求、一絲不茍使我真切體會(huì)到大師的人格魅力。此外，李老師還教會(huì)了我很多做人的道理，這些都是我以后人生道路上不可或缺的財(cái)富。在此，對(duì)李老師表示最誠(chéng)摯的感謝，感謝老師對(duì)我的指導(dǎo)和教誨。 我還要感謝力學(xué)系的其他各位老師，在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活中得到過(guò)各位老師耐心的教導(dǎo)與無(wú)私的幫助。無(wú)論何時(shí)何地，老師的教誨銘記于心。還要感謝數(shù)學(xué)學(xué)院2005屆輔導(dǎo)員呂培慶老師，是呂老師的悉心幫助使我能夠順利地完成學(xué)業(yè)。 另外，我要感謝我生活了四年的母校，無(wú)論何時(shí)母校都是我引以為傲的榮譽(yù)

44、，我會(huì)用切身的實(shí)際行動(dòng)來(lái)回報(bào)母校的恩澤。我還要感謝我的父母親人，是他們的養(yǎng)育和關(guān)懷，給我最大的支持和動(dòng)力，給我溫暖與力量。 最后，對(duì)所有關(guān)心幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)，老師，家人，同學(xué)送上衷心的祝福：愿你們永遠(yuǎn)健康，幸福。 參考文獻(xiàn) [1]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，2003. [2]陳精一.ANSYS工程分析實(shí)例教程.北京：中國(guó)鐵道出版社，2006. [3]李浴春，時(shí)黨勇，趙遠(yuǎn).ANSYS 11.0/LS-DYNA基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008. [4]尚曉江，蘇建宇，王華鋒.ANSYS/LS-DYNA動(dòng)力分析方法與工程實(shí)例（第二版）.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008. [5]張樂(lè)樂(lè)，蘇樹(shù)強(qiáng)，譚南林.ANSYS輔助分析應(yīng)用基礎(chǔ)教程上機(jī)指導(dǎo).北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2007. [7]王勖成.有限單元法（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社，2003. [8]趙海鷗.LS-DYNA動(dòng)力分析指南.北京：兵器工業(yè)出版社，2003. [9]John O.Hallquist,LS-DYNA THEORETICAL MANUAL,Livermore Software Technology Corporation,1998. 31