应用PAMCRASH进行汽车碰撞模拟计算

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1、中国汽车工程学会第六届汽车安全技术学术会议2001．5．22～5．24清华大学，北京应用PAM．CRASH进行汽车碰撞模拟计算龚剑刘凤梧张金换黄世霖清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084摘要：目前模拟计算已经广泛地应用于汽车被动安全性研究。本文分析了在应用PAM—CRASH／SAFE软件建立非线性有限元模型和保证模型有效性中的基本问题，并在此基础上建立了乘员约束系统的有限元模型。关键字：模拟计算、汽车、碰撞、PAM—CRAsHVehicleCrashSimulationUsingPAM．CRASHCodeGongJianLiuFeng

2、wuZhangJinhuanHuangShilin(StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafetyandEnergy,TsinghltaUniversity,Beijing,100084，China)Abstract：NumericalSimulationhasnowbeenwidelyusedinstudyforvehiclepassivesafety．ThispaperanalyzethebasicproblemsaboutthenonlinearmodelconstructionandverityusingthePAM

3、—CRASH／SAFEcode，thenbuildmodelofthepassengerconstrainsystem．Keyword：Simulations，Vehicle，Crash，PAM--CRASH—▲．I￡▲—jL．‘一、日U舌早期在汽车被动安全研究中采用的主要研究手段是试验的方法，汽车结构耐撞性和各种安全约束保护系统性能的检测几乎都依靠试验手段和研究人员的经验来实现，需要经历很长的周期和花费大量的资金。随着显式非线性有限元计算软件和计算机硬件能力的不断提高，人们可以建立有限元模型来模拟碰撞试验，分析碰撞物体的变形和受力，目前模拟计算已经

4、成为汽车被动安全研究中必不可少的手段。由于碰撞模拟计算实质上是个大变形、非线性问题，加上实际零件的相互作用和变形非常的复杂，因此建立和评价模型的关键在于保证模型有效性。保证有效性的基础是进行必要的材料和零部件试验，获取实际碰撞中的材料参数，同时也验证了模型。汽车被动安全性的最终目标是在碰撞过程中保护乘员，而乘员约束系统直接影响了乘员在碰撞中损伤指标。因此在保证了一定的整车结构耐撞性之后，研究和改善乘员约束系统的结构和材料特性可以进一步提高整车的被动安全性。针对这个要求，PAM．CRASH／SAFE，DYAN等非线性有限元软件提供了气袋和安全带的求解模

5、块。近年来随着有限元假人模型的建立和应用，模拟计算可为研究和分析乘员约束系统提供一个良好的虚拟试验环境。中国汽车工程学会第六届汽车安全技术学术会议2001．5．22～5．24清华大学，北京二、利用PAM．CRASH／SAFE建立有限元模型PAM-CRASH软件起源于法国，由ESI公司开发。从1982年起被用来进行汽车耐撞性的研究，在1985年首次成功地模拟了整车碰撞过程。近几年来，PAM．CRASH软件不断地得到改进和发展，形成了一套完整的前后处理系统：包括设置参数和边界条件的前处理软件(PAMGENERIS)以及分析计算结果的后处理软件(PAMVI

6、EW)，目前PAM。CRASH软件在汽车被动安全研究领域(特别是在欧洲)得到了广泛的应用。PAMSAFE是专门为研究乘员约束系统开发的软件，其中包括了50％HyperIII型假人的刚体模型。利用PAMSAFE用户可以方便地定义安全带和气袋的模型参数，结合前处理软件PAMGENERIS，便可以建立完整的乘员约束系统模型。建立模型的主要过程是将零件的igs文件导入HYPERMESH软件中划分网格，然后在PAMGENERIS订立材料参数和边界条件，再送入PAM—CRASH中进行计算，最后通过PAMVIEW分析模型的计算结果，不断细化和改进模型。下面介绍建立

7、模型中的一些问题及其处理方法。1．划分网格显式积分算法是条件稳定性的，其时间步长是由所有单元中最小的时间决定。因此根据文献[3】，特征尺寸——对于四边形单元为单元面积除以最大边长——为5mm，材料为低碳钢的单元，其计算的时间步长约为1．Ous。而在大多数的碰撞分析中目标步长为1．0到2．0us。因此在划分网格中我们需要保证单元的最小特征尺寸大于5mm。2．焊点由于焊点的失效将会影响结构的变形方式和吸能，因此需要根据实际情况定义焊点连接。在PAM．CRASH有三种定义焊接的方法：点焊／铆接(Spotweld／Rivet)，一般接触面焊接(General

8、InterfaceSpotweld)以及独立于网格的多层焊接(MeshIndependenceMuti-la