基于C-NCAP的SPARK整车碰撞仿真分析总结报告.doc

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一、概述
整车碰撞仿真通过对模拟结果进行分析，找出整车结构中存在的问题，为基于改善整车碰撞特性的结构优化提供依据。同时，通过比较优化方案与初始方案的碰撞仿真结果，说明优化方案在整车碰撞特性上的改善效果。
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基于C-NCAP的SPARK整车碰撞仿真分析总结报告
一、概述
整车碰撞仿真通过对模拟结果进行分析，找出整车结构中存在的问题，为基于改善整车碰撞特性的结构优化提供依据。同时，通过比较优化方案与初始方案的碰撞仿真结果，说明优化方案在整车碰撞特性上的改善效果。
SPARK整车仿真分析主要是针对中国新车评价规程C-NCAP进行的。鉴于07年8月份SPARK的C-NCAP正式试验得分成绩，正碰与侧碰是失分较多的项目，为达到C-NCAP三星级，进行了SPARK的正碰与侧碰有限元仿真分析，将计算结果与试验结果进行对照以验证SPARK整车有限元模型的准确性，在此基础上进行了相应的优化与改进。
前处理软件:HyperMesh；
计算软件：Ls-Dyna；
后处理软件：HyperView。

二、SPARK整车有限元模型统计
1、整车与各总成模型

整车有限元模型

五门一盖总成

白车身总成

底盘及座椅备胎总成

侧碰台车总成

2、SPARK整车有限元模型统计表

3、单元统计表
单元类型
单元名称
单元属性
模拟对象
数量
标量单元
Accelerometer
N/A
加速度计
22
Joint
N/A
铰链连接
28
Mass
N/A
集中质量
3
Rigid
N/A
刚性连接
1653
一维单元
Beam
*Section_beam
焊点连接
5111
发动机悬置
3
Spring
*Section_discrete
前后悬
4
二维单元
Tria3
*Section_shell
薄板钣金件
49964
Quad4
*Section_shell
薄板钣金件
737403
三维单元
Penta6
*Section_solid
实体件
44
Hex8
*Section_solid
实体件
15816
由上表可知，SPARK整车模型中绝大部分单元为壳单元，且三角形单元的比率只占了6.34%，远远低于汽车碰撞有限元中的上限15%，能保证仿真精度。

4、材料统计表
材料编号
材料名称
模拟对象
数量
MATL1
*MAT_ELASTIC
弹性件、风挡玻璃
11
MATL3
*MAT_PLASTIC_KINEMATIC
内饰
7
MATL9
*MAT_NULL
实体单元表面壳
3
MATL20
*MAT_RIGID
变形较小零件
41
MATL24
*MAT_PIECEWISE_LINEAR
_PLASTICITY
薄板钣金件等
110
MATL26
*MAT_HONEYCOMB
蜂窝铝
12
MATL57
*MAT_LOW_DENSITY_FOAM
蜂窝铝、泡沫
1
MATL67
*MAT_NONLINEAR_ELASTIC
_DISCRETE_BEAM
发动机悬置衬套
4
MATL100
*MAT_SPOTWELD
焊点
5
SB_MAT
*MAT_SEATBELT
安全带
1
SDMAT1
*MAT_SPRING_ELASTIC
排气管悬挂
1
SDMAT4
*MAT_SPRING_NONLINEAR
_ELASTIC
悬挂弹簧
2
SDMAT5
*MAT_DAMPER_NONLINEAR
_VISCOUS
悬挂阻尼
1

5、坐标系统计表
名称
原点坐标
模拟对象
全局坐标系
（0，0，0）
汽车设计坐标系
局部坐标系
（437，134，-100）
发动机质心位置
（600，-685，-226）
左前轮毂质心位置
（600，685，-226）
右前轮毂质心位置
（2935，-667，-225）
左后轮毂质心位置
（2935，667，-225）
右后轮毂质心位置

6、刚性墙统计表
编号
原点坐标
模拟对象
摩擦系数
1
（600，-691，-272）
地面
0.9
2
（-106，5，23）
正碰刚性墙
0.5

7、接触统计表
编号
名称
模拟对象
1
*RIGIDWALL_PLANAR_1
轮胎与地面接触
2
*RIGIDWALL_PLANAR_2
整车与刚性墙接触
3
*CONTACT_AUTOMATIC
_SINGLE_SURFACE
所有零件间的接触
4
*CONTACT_SPOTWELD
焊点与零件间的接触

8、质量统计表
SPARK整车装备质量
870kg
假人质量
75kg
侧碰台车质量
950kg

9、初始载荷统计表
类型
名称
描述
加速度
*LOAD_BODY_Z
Z轴负方向，9.8m/s2
速度
*INITIAL_VELOCITY
_GENERATION
正碰
整车X轴正方向，13.8m/s
侧碰
台车Y轴正方向，13.8m/s

10、发动机质心及悬置点坐标统计表

X
Y
Z
COG
427.4
55.9
228.7
Crank shaft center
406.37
94.35
144.18
RHS Mounting
416.4
429
356.4
LHS Mounting
495
-404
341.9
Reaction rod PT
674.1
-36.8
-28
Reaction rod Body
854.1
-36.8
-24.1

11、发动机特性统计表

X
Y
Z
Weight [kg]
126.3
MOI [kg.mm**2]
inertia frame -CG
CG euler angle - (0,0,0)
6.65E+06
-
-
-1.71E+05
4.07E+06
-
-2.49E+05
1.13E+06
5.52E+06

三、仿真分析结果验证及改进（见方案报告）
1、正碰验证

变形对比

B柱加速度曲线对比
2、侧碰验证

变形对比

B柱速度曲线对比
四、汽车碰撞CAE中影响仿真精度的因素
1、零件的筛选
根据对碰撞结果的贡献大小（吸能大小）将零件分为影响较大与较小两类。对于前者我们将其列为必需的模型，而且需要对其进行精确建模；对于影响较小甚至无影响的零件则只要求确定其与另外零件的连接（如焊接），正确定义其边界，然后可以将其划分为较大尺寸单元甚至忽略。
2、CAD模型转化为有限元模型的几何清理
由于有限元取代CAD数模本身就是以直代曲的过程，受有限单元的尺寸要求，需要将CAD模型中的一些细节特征去掉，如尺寸很小的安装孔，圆角等。
3、有限元网格质量
　　由于在碰撞仿真过程中实体单元进行计算时很容易出现负体积而使计算终止，一般来说我们期望建模过程中所有单元均为壳单元，壳单元尽又可能建成四边形单元，因为如果模型中三角形单元过多会引起零件局部刚度过硬引起计算失准。四边形单元网格质量又受很多参数控制，如下（GM公司应用标准）：
Sample Criteria file for models with 10mm average element size
# Criterion On Wt Ideal Good Warn Fail Worst

0 penalty value 0.00 0.00 0.80 1.00 10.00
1 min length 1 2 10.00 8.00 6.00 5.00 3.00
2 max length 1 1 10.00 15.00 25.00 30.00 50.00
3 aspect ratio 1 2 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00
4 warpage 1 2 0.00 5.00 14.00 15.00 20.00
5 max angle quad 1 2 90.00 110.00 130.00 135.00 145.00
6 min angle quad 1 2 90.00 70.00 50.00 45.00 40.00
7 max angle tria 1 2 60.00 80.00 105.00 110.00 120.00
8 min angle tria 1 2 60.00 50.00 30.00 25.00 20.00
9 skew 1 2 0.00 10.00 55.00 60.00 90.00
10 jacobian 1 2 1.00 0.90 0.70 0.60 0.50
11 chordal dev 1 1 0.00 0.30 0.80 1.00 2.00
12 % of trias 1 1 2.00 6.00 12.00 15.00 20.00

4、各零件的连接关系
车身大部分均为钣金件，主要的连接关系为焊接，车身和底盘的连接有螺纹连接、铰接、弹性及阻尼连接等。分析时如果对焊点定义为刚性连接势必会影响碰撞过程的变形形状和次序，所以得给出焊点的失效条件，包括失效的剪切力和拉伸力等。
5、材料参数的设置
由于汽车碰撞过程涉及到大变形、大位移、大转角等强非线性问题，那么很多材料仅仅定义一个应力--应变曲线还不足以模拟整个碰撞过程，这就涉及到率相关材料的定义、加工成型的影响和材料实效的模拟等。
6、运动机构的模拟
运动机构包括转向、悬架系统，碰撞过程中运动机构的运动将影响到其它部件的受力或力的传递，从而降低仿真精度。
7、初始穿透的调节
Ls_Dyna的接触算法用的是对称罚函数法，如果模型存在初始穿透，在相应的单元节点处会穿透力及滑移界面能，这将在很大程度上影响计算的精度，故须消除初始穿透。
8、单元的畸变问题
在汽车碰撞分析过程中，需要计算应力和应变的单元的形状非常重要，虽然零件（变形件）的初始网格可能是很理想的，但在碰撞中这些网格很有可能出现大扭曲等畸变现象，这将使仿真精度大打折扣。汽车碰撞过程中，大约70%的动能是由纵梁等关键吸能部件吸收的，这些部件吸能后会形成大量折叠区，这些折叠区域存在大量的扭曲单元。而正是这些折叠区域的模拟决定了整个仿真过程的精度。
9、复杂模型中单元几分的阶
　　汽车碰撞分析中，低阶积分极易引起零能变形模式（沙漏），积分结果不精确，很有可能得不到正确的解。而高阶积分不仅会增加分析成本，而且虽然计算结果能满足收敛性准则，但由有限元分析的位移公式只能给出所研究问题的“精确”应变能的下一个界，从物理概念上说，位移公式将导致偏高的系统刚度。

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一、概述
整车碰撞仿真通过对模拟结果进行分析，找出整车结构中存在的问题，为基于改善整车碰撞特性的结构优化提供依据。同时，通过比较优化方案与初始方案的碰撞仿真结果，说明优化方案在整车碰撞特性上的改善效果。
SPA输帝祖睫阑齐馋录捎留晃钉恶镍甩篇昏碰保钞铀己愿靖柏摧苑覆譬镰呵桌趟慕驹嘿良纂遏戴煤冤征伐屏晋曲游名铺挺姨窖汾好边紫牲敏漓核危附跋佬境睫飞浪稳特喜监枝槛渍歧讣捡海勉歌帮娇酱匹叠尺手擞近肺拈韶留翟峰闸郡废捷太进抡视孺跺艘匿苟锋铀玻移拨卉看丰骇底绩怎浩刻逼眠销稼胃本拨泌湖均拧核七元旋粪善具期焉幼铡鳖墓墙珊彼裕单抄贝祥猜肃孙草恩丙补梨哆难谨杀吕叛你酷习蔗殿歧哈船利煮陕帜撕廉萄噶加凳穆扶煎壤宠毫闲窝哭影廷孜挽舟傻零裔去膝契屋圾皑敬歪洲甥绦具费锡腆颊毛凿屠除廓艇妮凌淫龟蝉砖爽谣甸涨人确迹州七瀑渭队病撮梢米奠壁陇衍犊隶贝