-
碰撞分析
FEM
建模指南
建立一般性的車輛有限元模型原則請參考陳亨毅寫的
（
1
）“產品開發中品質的重要性”
（
2
）“分析性樣
車及其效益”
（
3
< br>）“車輛耐疲勞分析
–
計算機產生的道路載荷和應力分析”
（
4
）“缺乏測試的車輛結構分析”
和本文中的藍顔色字體。
一、车身模型建模要求
1
、
2
、
建模工具软件
AltairHyperMesh
建模总则
工欲善其事，必先利其器。
有限元模型是仿真的基礎，數模交接時，數模的
邊必須是連續的。要保證數模的完整性，
鄰近數模的面必須要有共同邊。繼則由
建模人員依照建模手冊行事
；
建立有限元模型的時間是佔整個結構應力分析耗時
的百分之
七十。遺憾的是許多分析人員沒有介入有限元的建模工作，因此儘管分
析結果是和測試的
結果有誤差
，
分析人員很難能在有偏差的有限元模型上做應有<
/p>
的貢獻，更不要說增進工作的效率。
有限元模型是設計人員依照分析人員的要求，將
CAD
的焊點，焊綫，綫和面
交給建模人員。若工況會導致焊點破裂，可以將焊
點模擬成六毫米見方的固體單
元，來顯示金屬鈑失敗。焊點是必需要投影在翻邊的面上以
保證單元的一致性。
前後擋風玻璃
和窗框之間是黏膠
，
設計人員應該將擋風玻璃的最下層面交給<
/p>
建模人員。黏膠可以用固體單元模擬，它的厚度就是擋風玻璃底面和窗框金屬鈑
1
間的空隙。
軟件雖然有自我接觸面的算法，最好是選擇性的應用。建模時應順便將接觸
< br>面，被接觸面一對一對的建立。
1
）
、
車輛有限元分析钣金零件模
擬的單元是採用目前公認精確度最佳的
MITC4
殼單元（
ADINA
，
ANSYS
< br>，
LSDYNA
都有
MITC
4
殼單元）
。
MITC4
單元應有的特性是：
不用特殊殼原理。
不會有單元變形而能量不變的缺陷。
在薄鈑分析中沒有抱死現象。
沒有可調節的參數。
精確度不會因網格形狀而受影響（
NEWTON COTES
FORMULAS
）。
是全集分單元（
GAUSS
FORMULAS
）。
薄殼分析需用
十六節點單元，單元形成應可延伸至低次單元，即三節點單元
有兩高式（
GAUSS
）積分點，四節點單元有三高式（
GAUS
S
）積分點。
2
）
、
每个零件的
FE
模型建立在几何模型的中面。
如果
CAD<
/p>
模型为实体模型应
抽取中面进行网格划分，如果原
CAD
数模是上表面或下表面时，网格划分完后单
元应
偏移到中面。
3
）、不允许
有单元贯穿中心对称面，位于对称中面的单元节点应布置在对
称中心。
< br>
4
）、统一单位制为：毫米（
mm
）、秒（
s
）、吨（
t
）、牛顿（
N
）
。
5
）、同一厚度的零件，
也要有個別的
PID
，
该零件的
PID
应是唯一的，不同
厚度的零件和不同材料的零件应分割成相应的
Part
并赋
予相应的
PID
。
6
）、每个零件及相应的属性特征命名规则如下：
PID_
零件名称、
SID_
零件
名称、
MID_
零件名
称。
7
）、每个
Part
对应唯一的单元特征属性（
SID
）和唯一的材料属性（
MID
），
且对应的
ID
号码相同即：
PID=SID=MID
。
8
）
將主導的整車有限元模型分別應用于不同
的碰撞分析。
左右主導分析的有限元模型可以依據不同的踫撞
分析工況再予以區域性的
2
細分。
所有的非綫性分析軟件都有自
我接觸面，但是不宜濫用；建議花點時間建立
傳統的一對對接觸面和被接觸面。
接觸面和被接觸面的網格大小應相當。
零件在衝壓後的厚度是不均勻的，在耐疲勞試驗和踫撞試驗中，往往金屬失
< br>敗處鈑金厚度是比同部件較薄；最理想的有限元模型是鈑金衝壓後的成品，
3
、
网格划分要求
觀察網格粗細之收斂，
是與單元的質量，單元的形成方式有關，是與單元厚
度上的積分點數目有關，是與接觸面
的公式化有關，加上焊點的模擬方法，和網
格的走向都會對收斂構成影響。網格太細則浪
費計算時間，網格太粗則祇能顯示
出低階的曲率屈曲模態。網格的大小劃分是根據分析的
精確度要求而定，唯有用
確定收斂的網格尺寸，分析的結果在這種狀態下才不會改變，纔
有意義。正確的
結構網格大小是可經過多次預先分析，比較結果，或是由判斷變型圖的柔
滑度得
知。正規的做法是依照結構分析後的等應力綫的延續性光滑度為凖，要知道這過<
/p>
程是必要的。
踫撞時會
折疊的
縱樑部位或是會
折疊
的
車身部位
，
其接觸面的網格大小可以
細分為一至三毫米，否則會影響變形位置破壞分析結果；關鍵是分析的質量是不
容折衷，單元的質量
按比例減低
和單元的質量<
/p>
按比例增加
的做法是不允許的，因
爲計算
時間的步驟是不容人爲的折衷。
1
）
、碰撞变形区域的网格平均长度为
1
0mm
，网格最小尺寸不小于
5mm
（
零件
结构中有加强筋和槽的位置网格最小尺寸可为
4mm
）
，
网格最大长度不大于
12mm
。
正面碰撞：
A
柱与
< br>B
柱中间位置以前的所有钣金零件（车门除外），包括纵
梁、纵梁前段、防撞梁、翼子板支撑结构等的平均单元长度为
8
mm
；
3
侧面碰撞：前后从
A
柱至
C
柱（包括
A
柱与
C
柱），横向左半部所有零件及其某
些零件的左半部（框内的零件及其某些零件的框内部分）；
背面碰撞：
C
立柱（包括
C
立柱）以后的所有零
件及其某些零件的后部（车门
除外）。
2
）、非碰撞变形区域的单
元平均尺寸为
15mm
，最小网格尺寸不小于
< br>5mm
。
4
3
）、每个零件单元之间
不许有穿透发生，整个
FE
模型进行穿透检测，不允
许有穿透产生。穿透检查时建议设置零件厚度系数为
0.65
。
4
）、网格质量要求
ELEMENT
GUIDELINES
Element Length -
1
minimum
2
3
4
5
6
7
8
9
10
?
每个零件网格划分完成后，检查网格质量满足上面要求；
?
每个零件网格内部不能有多余的自由边出现
?
每个零件的网格单元法向方向相同
?
不允许有重复节点
?
不允许有重复单元
?
二个或者多个三角形单元不允许共用一个节点
Aspect ratio
Warpage
Jacobian
Skew ness
QUAD element minimum
internal angle
QUAD element
maximum
internal angle
TRIA
element minimum
internal angle
TRIA element maximum
internal angle
Total number
of
triangles
Criterion
5mm
2.0
10
0.6
45
45
o
135
o
30
o
120
o
5%
Must
4mm
3.0
< 15
60
40
o
140
o
20
o
135
o
5
5
）圆角处理
網格允許小到一至兩毫米。
?
圆角半径小于
4mm
，圆角弧边上不用划分节点
<4mm
?
圆角半径大于
5
，圆角弧边上划分二排或多排单元
6
）、翻边处理
?
焊边上至少划分二排单元
6
?
为了保证焊点与单元垂直，应该保
证焊边的初始形状，焊边单元不应
有多余的角度产生。
7
）、包边和折叠结构的处理
?
对于车身结构中四门二盖以及其它
结构中有包边和折叠结构，
用五
階
層<
/p>
複合材料單元（即金屬鈑，薄膜，金屬鈑，薄膜，金屬鈑），金屬
鈑間摩擦力可由摩擦系數和包邊的壓力算出。
处理如下图
所示。
8
）、孔的处理
a)
螺栓孔
对于螺栓连接孔，孔边至少布置
6
个节
点且节点个数为偶数，周围做一圈
7
washer
。当孔边单元最小长度小于
4mm
时可以扩大孔的直径使其达到网格质量要
求。
螺栓孔直径小于
5mm
时，该孔可以直接去
掉不模拟，但螺栓孔中心位置应布
置一节点为以后模型连接时使用。
b)
铆接孔处理
用于铆接的孔直接去掉不模拟
9
）、焊点模拟
焊點在踫撞區域用六毫米見方的六面體單元模擬
，
其它部位
的焊點可以鉸
點模擬之。
焊点单元采
用
MAT100
的
*Element_
BEAM
单元或者
hexa
六面体单元
模拟，
焊点
材
料
属
性
选
用
M
AT100
号
材
料
模
型
。
8
Element_BEAM
或者<
/p>
hexa
六面体单元
?
对于气体保护焊结构的连接，采用
TIED_NODES_T
O_SURFACE
的连接形
式
10
）、胶粘模拟
兩片金屬鈑夾膠黏膜可選擇能分層失敗的典型三層殼複合材料
單元。擋風
玻璃模擬法可用三層（即玻璃，
PVC
，玻璃）及五層（即玻璃，
PVC
，玻璃，黑色
黏膠，金屬鈑）的殼複合材料單元。請參照陳亨毅寫的“車輛耐疲勞分析”。
?
对于车身中车门、发动机罩、后备箱盖的内外板部分连接采用胶粘结
构采用六面体实
体单元模拟胶粘连接，
材料赋予相应的粘胶材料属性。
模型中实
体单元与内外板连接可以采用节点重合形式，也可以采用
9
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