CAE整车碰撞分析流程

高级专业技术文章：整车碰撞分析过程详解


引言

整车碰撞分析作为被动安全领域的核心内容，对确保车辆在面临碰撞事故时能提供有效的保护起着至关重要的作用。通过精确的整车碰撞分析，工程师能够预测在不同类型的碰撞下车辆的响应，优化设计以提升乘员安全性能。本文旨在详细介绍整车碰撞分析的关键流程、相关软件应用及分析结果对整车安全性能评估的影响，通过以CNCAP2021版的正面碰撞为例，将复杂的分析过程清晰地展现给读者，最终提供关于整车碰撞分析、约束系统分析以及与实际试验中得分关系的深度理解。

分析流程概述


整车碰撞分析主要包括前处理、计算及后处理三个阶段。




前处理阶段

前处理阶段是分析的起始点，必须精心设置以确保后续步骤的准确性和有效性。本阶段的软件选择多样，常见的有Hypermesh、Prepost、Ansa等，这些工具被广泛应用于模型建立、网格划分、接触面定义等一系列准备工作。在CNCAP2021版中，车辆的初速度设定为50公里/小时，即13.88米/秒，这一速度标准是在模拟碰撞事故发生时车辆的行驶状态。

在模型设定过程中，应使用RIGIDWALL_PLANAR关键字模拟正前方的刚性壁障，这种接触面选择覆盖所有节点，以实现与刚性障碍物的准确碰撞模拟。此外，车辆与地面的接触同样通过刚性墙进行模拟，此时需要定义接触面为车轮部分，保证车辆与地面的力学交互得到准确描绘。

自接触用以描述车辆内部各部件间在碰撞过程中的相互作用，接触类型设为CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE，不需设定主接触面，但与刚性墙和其他接触处理有所不同，自接触的接触面同时体现了相互作用与自我作用的特点。为了确保分析的准确性，常使用模拟物理参数如动、静摩擦系数，一般建议设置为0.3。

重力加速度的设置使用LOAD_BODY_Z关键字，其值为9.8米/秒²，代表了地球表面的重力加速度。

计算阶段

计算阶段的操作相对直接，通过LSdyna求解器提交计算请求。计算参数的选择需考虑硬件性能与分析需求，一般设置CUP接入口为36个核（该数值可根据具体硬件条件调整），内存使用800M。对比不同碰撞工况，计算所需时间各异；例如，正碰可能需要数小时至数天的时间计算完成，具体取决于模型复杂度与分析所需精度。

后处理阶段

后处理步骤则利用数据可视化软件（如Hyperview、Hypergraph）进行结果分析与展示。这一阶段，分析者需要关注关键数据指标，如碰撞动画、加速度曲线、前围板侵入量、方向盘、踏脚板与A柱后退量等参数，以评估车辆在碰撞过程中的动态响应及其潜在的乘员保护效果。

总结：整车碰撞分析与约束系统分析的关系

整车碰撞分析与约束系统分析在同一目标下协同工作：即通过模拟在特定试验条件下汽车的碰撞响应，评估并改善车辆被动安全性能。约束系统分析则聚焦于模拟乘员舱、安全带、气囊等组件的特定交互，为计算整个系统下的碰撞响应及乘员损伤风险提供了更为精细的方法。然而，在约束系统的直接分析中，复杂度与变量数量的增加导致特定组件导致伤害值过大的原因难以清晰识别。

为优化分析流程并提高效度，整车碰撞分析一般遵循以下逻辑：首先进行整车碰撞评估，确保车辆结构满足特定安全标准，如加速度峰值小于40g。之后，若通过初步碰撞分析标准，则进行更为详尽的约束系统分析。数据的比对（如碰撞动画与加速度曲线）在解释碰撞造成的加速度峰值时尤为有用，帮助分析者在时间序列中定位造成峰值的压力波动原因。

通过整体碰撞分析、约束系统评估与碰撞试验结果的综合考量，汽车设计师与工程师能够精准定位潜在的安全风险，持续优化车辆设计，提升乘坐者的保护性。这一方法不仅可通过计算机辅助工程（CAE）手段实现对碰撞场景的预测，以成本效益的方式提升车辆安全评级，还为后续的优化设计提供了精准依据。