02.碰撞仿真流程介绍
碰撞仿真（Crash Simulation）是一种通过计算机模拟技术预测物体在碰撞过程中的动态响应、变形、损伤及能量吸收等行为的分析方法。它广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通、国防和工业设备等领域，帮助工程师优化设计、提高安全性和降低成本。
在整车的开发过程中，可以通过仿真分析进行安全设计优化、验证法规符合性，从而成本节约、缩短开发周期。但需要更深入分析每个点，比如安全设计优化，可能涉及材料选择、结构强度，还有不同碰撞场景的模拟，比如正面、侧面、翻滚等。
整车碰撞仿真是汽车安全设计的关键环节，通过计算机模拟评估车辆结构强度及乘员保护性能。以下为详细流程：
一、整车仿真流程
1. 目标定义与需求分析
法规标准：明确仿真目标（如C-NCAP、Euro NCAP等），确定碰撞类型（正面、侧面、偏置等）。
关注指标：结构变形量、加速度峰值、假人伤害值（如头部HIC、胸部压缩量）等。
部件重点：前后纵梁、A/B柱、门槛梁等吸能结构。
2. 几何模型准备
CAD模型处理：从CATIA、UG等导出整车几何，简化细节（移除小孔、倒角），分割对称结构（半车模型）。
格式转换：导出为.stp/.iges格式，导入CAE前处理软件（如HyperMesh、ANSA）。
3. 网格划分
单元类型选择：
0D单元：刚性连接（Rigids）。
梁单元：焊缝、螺栓等。
壳单元：车身钣金件（厚度方向特性显著）。
实体单元：关键承力部件（如发动机支架）。
网格细化：碰撞区域（前防撞梁、纵梁）网格尺寸较小（2-5mm），非关键区域适当粗化。
质量检查：检查扭曲度、长宽比、雅可比，确保单元质量合格。
4. 材料属性定义
材料模型：
金属：弹塑性模型（如MAT24），考虑应变率效应（Cowper-Symonds模型）。
塑料/复合材料：各向异性模型（如MAT55）。
参数来源：通过拉伸试验获取应力-应变曲线、断裂准则等。
5. 连接与接触设置
连接方式：
Rigidlink：刚性连接。
焊点：ACM、CWELD单元或Beam单元模拟。
螺栓：Beam单元模拟，带预紧力螺栓。
胶粘：通过约束或接触定义。
铆接：可以通过rigidlink连接、带预紧力的梁单元模拟。
铰链：通过关键字*Constrain_joint创建。
接触定义：
自接触（防止部件自穿透）、部件间接触（如发动机与车身）；摩擦系数设置（钢-钢通常取0.1-0.2）。
6. 边界条件与载荷施加
碰撞方式：
初速度法：车辆以规定速度（如50km/h）撞击刚性墙/可变形壁障。
加速度法：根据法规要求，整车施加加速度载荷。
壁障类型：根据法规选择（如Euro NCAP偏置碰撞使用蜂窝铝障）。
假人模型：定位假人（如Hybrid III），设置安全带、气囊约束。
7. 求解器设置与计算
求解器选择：LS-DYNA（显式动力学）、RADIOSS等。
关键参数：
时间步长（由最小单元尺寸决定，通常1e-6~1e-7秒）。
沙漏控制（避免虚假能量，能量占比<5%）。
输出频率（平衡数据量与存储需求）。
8. 仿真执行与监控
HPC资源：利用集群并行计算，缩短求解时间（数小时至数天）。
错误处理：监控终止原因（如网格畸变、接触失效），调整模型重新提交。
9. 结果分析与验证
后处理工具：LS-PrePost、HyperView生成变形动画、应力云图。
关键数据提取：
加速度曲线（B柱下方测点）。
侵入量（方向盘、踏板位置位移）。
能量吸收（结构件内能占比）。
实验对标：对比台车试验或实车碰撞数据，修正模型误差。
10. 优化与迭代
设计改进：加强变形过大的区域（如增加加强板）、优化材料厚度。
参数优化：使用LS-OPT、OptiStruct进行DOE（实验设计）或拓扑优化。
循环验证：重复仿真直至满足所有性能指标。
注意事项：
模型验证（V&V）：确保网格、材料、边界条件准确反映物理实际。
资源平衡：网格密度与计算时间权衡，避免过度细化。
法规更新：跟踪NCAP等标准变化，及时调整模型。
整车碰撞仿真通过“建模-求解-分析-优化”闭环，大幅缩短开发周期，降低物理试验成本。其核心在于高精度模型与真实物理行为的一致性，需多学科协作（结构、材料、仿真），并结合实验数据持续迭代，最终实现安全性与轻量化的平衡。因此建议用户在提交计算前的模型整体最终检查环节注意这一点。
二、整车做碰撞仿真的意义
整车碰撞仿真在汽车研发中具有重要的工程意义和实际价值，主要体现在以下几个方面：
1. 安全性能优化
乘员保护设计：通过仿真预测碰撞过程中车体变形、加速度分布、安全带/气囊作用效果等，优化车身结构（如吸能区设计、高强度材料布局）和约束系统（如气囊触发时机、安全带预紧策略），最大限度降低乘员伤害风险。
多场景覆盖：可模拟多种碰撞工况（正面、侧面、偏置、追尾、翻滚等），包括法规测试（如C-NCAP、Euro NCAP）和极端场景（高速碰撞、柱碰），弥补实车测试覆盖不足的问题。
被动安全验证：评估车身刚度分布、溃缩吸能效率、侵入量等关键指标，确保车辆满足安全星级要求。
2. 研发成本与周期控制
减少实车试验次数：单次实车碰撞成本高昂（数十万至百万级），且为破坏性测试。仿真可在设计阶段迭代优化，减少后期物理验证次数。
早期问题发现：在油泥模型或数字样车阶段即可暴露结构缺陷，避免量产后的重大设计变更，降低返工成本。
多方案快速对比：通过参数化模型快速验证不同材料、结构或配置方案（如电池包布局对碰撞安全的影响），提升决策效率。
3. 法规与标准合规
全球市场准入：针对不同地区法规（如中国GB、美国FMVSS、欧盟ECE）定制仿真方案，确保设计符合目标市场安全要求。
新能源车特殊需求：验证电动车高压系统安全性（如电池包抗挤压、防短路设计），满足《GB 38031-2020》等专项标准。
4. 技术验证与创新
新材料/工艺评估：模拟复合材料、铝合金或3D打印结构在碰撞中的表现，推动轻量化与安全性的平衡。
智能安全系统开发：支持AEB（自动紧急制动）、预紧式安全带等主动安全技术的联合仿真，实现被动与主动安全的协同优化。
自动驾驶场景拓展：针对无人驾驶车辆的新型碰撞形态（如异形车碰撞、V2V通信失效场景）进行前瞻性研究。
5. 风险控制与品牌价值
降低召回风险：通过精细化仿真排查潜在设计缺陷，避免因碰撞安全问题导致大规模召回。
提升市场竞争力：高安全评级（如五星碰撞成绩）可直接转化为消费者信任和品牌溢价。
6. 技术发展趋势融合
多物理场耦合：结合结构力学、流体（如气囊展开）、热（电池热失控）、电（高压系统短路）等多领域仿真，全面评估复杂失效模式。
AI驱动优化：利用机器学习算法进行碰撞响应的快速预测或拓扑优化，突破传统仿真的计算效率瓶颈。
尽管仿真技术日益成熟，仍需与实车试验结合（如验证材料失效模型、焊接点强度等细节）。未来发展方向包括更高精度的材料本构模型、更高效的GPU并行计算，以及数字孪生技术在整车生命周期安全监控中的应用。总之，碰撞仿真已成为汽车安全设计的核心工具，不仅大幅提升研发效率，更是推动汽车安全技术持续进化的重要基石。
END
