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10.整车碰撞仿真常用的接触类型

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在整车碰撞仿真中,接触类型的合理设置对模拟结果的准确性至关重要,不同的接触类型会影响计算结果的准确性和计算效率。各种接触类型的特点和应用场景不同,以便在实际建模时做出合适的选择。


常见的接触类型有面-面接触、节点-面接触、自接触、单面接触、绑定接触等。每个类型需要解释清楚它们的定义、工作原理、适用场景以及优缺点。如面-面接触可能用于大面积接触的情况,而节点到表面接触可能更适合小面积接触或者穿透问题。


整车碰撞仿真中可能会有一些特殊接触情况,比如气囊与乘员之间的接触,或者轮胎与地面的接触,这些可能需要特定的接触类型来处理。这时候可能需要提到流体-结构相互作用或其他高级接触类型,但可能用户主要关注的是结构之间的接触,所以可能需要简要提及,避免信息过载。


各类接触的特点介绍


【1】自接触(Automatic Contact)

  • 定义:软件自动检测模型中的潜在接触区域。

  • 特点:

① 省去手动定义接触对的时间,适合复杂模型。

② 可能包含冗余计算,需调整参数(如接触搜索距离)以提高效率。

  • 应用:整车碰撞仿真中全局接触的快速设置。


【2】 面-面接触(Surface-to-Surface Contact)

  • 定义:两个几何表面之间的接触,基于面单元间的相互作用。

  • 特点:

① 适用于大面积接触(如车门与车架、车体与障碍物)。

② 通过罚函数法或拉格朗日乘子法处理接触力。

③ 计算量较大,但精度较高。

  • 应用:车身结构之间的碰撞、车体与刚性壁障的接触。


【3】节点到面接触(Node-to-Surface Contact)

  • 定义:一组节点与另一组表面之间的接触。

  • 特点:

① 适用于小范围接触或穿透问题(如螺栓连接、局部碰撞)。

② 计算效率较高,但可能导致局部应力集中。

  • 应用:连接件(如螺栓、焊点)的接触、局部结构碰撞。


【4】单面接触(Single-Surface Contact)

  • 定义:同一部件表面内部或不同部件间的自接触。

  • 特点:

① 适用于部件变形剧烈时可能发生的自接触(如气囊展开、钣金件折叠)。

② 计算效率高,但需合理设置摩擦系数。

  • 应用:车身钣金件变形、柔性部件的自接触。


【5】绑定接触(Tied Contact)

  • 定义:强制两个接触面在运动中保持固定连接(无相对滑动)。

  • 特点:

① 模拟焊接、胶接等不可分离的连接。

② 忽略局部变形,可能导致不真实的应力分布。

  • 应用:焊点、螺栓预连接、部件间的固定约束。


【6】侵蚀接触(Erosion Contact)

  • 定义:在材料失效(如断裂)后自动移除失效单元,并更新接触关系。

  • 特点:

① 用于模拟材料破坏(如玻璃碎裂、金属撕裂)。

② 需结合材料失效准则(如应变或应力阈值)。

  • 应用:保险杠断裂、挡风玻璃破碎等场景。



             

             
END
           

         


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来源:CAE碰撞仿真指导
ACTLS-DYNA断裂碰撞非线性焊接理论材料控制钣金螺栓
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首次发布时间:2025-06-25
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CAE碰撞仿真指导
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影响CAE整车碰撞仿真计算时间的因素非常复杂,整车的网格数量、接触的定义、网格的类型、材料的失效定义、输出设置等因素都会影响计算的时间,通过综合优化上述因素,可在保证精度的前提下显著缩短整车碰撞仿真时间。 碰撞仿真模型计算时间 CAE碰撞模型计算时间:Time=计算步×单元数目×每计算步所需计算时间。 计算步:计算步=termination time/Δt。Δt为时间步长,由最小单元特征尺寸决定。时间步长的影响因素可参考文章:04-《显式时间步长》计算步基本与单元尺寸成线性关系,碰撞模型的模型规模增大,如模型单元数目从150万增加到300 万,不是单纯网格数量的增加,网格的细化会导致单元尺寸减小,具体的计算步数值与不同网格规模的单元最小尺寸相关。即300万单元的模型,最小单元尺寸为2mm和3mm的计算步是不同的,计算时间肯定也不相同。单元数目:该因素可以通过网格规模的增加直接得出。该因素与总计算时间成线性关系。每计算步所需计算时间:进行每个时间步计算所用的CPU时间。在模型规模增加的同时,模型的建模方式也会发生变化,可能使用更加详细的方法进行建模,如螺栓连接从直接使用刚体连接升级为使用实体单元模拟依靠接触进行连接,这会增加每个时间步计算所用的时间。模型规模增加会导致接触区域的增加,每个时间步进行接触搜索、接触力计算的时间相应会增加很多,这也会增加每个时间步计算所用的时间;此外,还有其他因素的影响,所以每计算步所需时间对总计算时间的影响很难准确评估。 综上所述,确定建模规范后,计算步与单元数目对总计算时间的影响可以直接进行评估,但每计算步所需计算时间需要根据模型具体情况进行测试。 质量缩放在整车碰撞仿真的应用 质量缩放的应用在整车碰撞分析中,通常会使用质量缩放的方法调整计算时间步以减少计算的总时间,通过*control_timestpe中的TSSFAC与DT2MS来调整计算时间步。如果模型中的单元时间步小于(TSSFAC*DT2MS),则通过增加该单元质量的方法来调整该单元的时间步长,使其达到(TSSFAC*DT2MS),以加快计算速度。在调整时间步长过程中,模型中所有单元增加的质量均称为Added Mass。质量缩放原理见文章:05-《质量缩放原理》查看增加质量在glstat文件中可以查看整个模型的Added Mass,而在matsum文件中可以查看每个Part的AddedMass。设置*control_extent_binary>STSST=3,可以在结果中输出壳单元的质量增加云图,直观地查看Added Mass的部位。增加质量要求一般质量增加小于模型总质量 5%且质量增加不出现在重要零件时,我们认为结果可信度较高。单元的时间步长和设定的TSSFAC*DT2MS会影响Added Mass。当整个模型的质量增加超出要求时,通过减小TSSFAC*DT2MS 或增加单元时间步长来减小质量增加。减小TSSFAC*DT2MS 会导致整体计算时间变长,而增加单元时间步长需要在建模时就予以考虑。单元的时间步长由单元的特征长度和单元的材料特性决定,单元的材料确定后,只能通过增加单元的特征长度或减少DT2MS的绝对值来减小Added Mass。杆、梁、索单元的特征长度为单元的长度。 体单元的特征长度为:单元体积/max(体单元表面面积)。壳单元的特征长度有几种确定方式,经常使用的方式如下。三角形单元的特征长度为:min(三角形单元的高);四边形单元的特征长度为:max (单元面积/最大边长,最小边长)。从以上各种单元的特征长度可以看出,在建模阶段控制模型质量增加,主要是控制单元尺寸的大小。 END 来源:CAE碰撞仿真指导

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