被動(dòng)-13-整車碰撞分析有限元建模規(guī)范V1.0版1范圍本規(guī)范規(guī)定了乘用車、商用車等車輛在被動(dòng)安全領(lǐng)域的整車碰撞分析有限元建模要求，涵蓋正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾碰撞等典型場(chǎng)景，適用于基于LS-DYNA、Abaqus/Explicit等顯式動(dòng)力學(xué)軟件的建模工作。規(guī)范明確了建模流程、幾何處理、單元與材料定義、連接與接觸設(shè)置、邊界條件與載荷施加、模型驗(yàn)證等核心環(huán)節(jié)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可作為整車碰撞仿真分析的統(tǒng)一技術(shù)依據(jù)，同時(shí)適配傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)與碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的建模需求。2規(guī)范性引用文件ISO2958:2024《道路車輛—乘用車外部防護(hù)》GB/T30572-2023《汽車碰撞試驗(yàn)用有限元模型驗(yàn)證規(guī)范》LS-DYNAKeywordManual(R13.0)AbaqusExplicitAnalysisUser'sGuideCMH-17《復(fù)合材料手冊(cè)》防撞性能相關(guān)章節(jié)3術(shù)語與定義3.1有限元模型（FEM）將整車結(jié)構(gòu)離散為有限個(gè)具有一定形狀和節(jié)點(diǎn)的單元集合，用于模擬碰撞過程中結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)與失效行為的數(shù)字化模型。3.2擠壓區(qū)（CrushZone）碰撞過程中結(jié)構(gòu)受沖擊載荷作用發(fā)生塑性變形或破損、主要實(shí)現(xiàn)能量吸收與耗散的區(qū)域，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)而言，該區(qū)域沿構(gòu)件長(zhǎng)度逐步推進(jìn)并伴隨材料分解。3.3單元質(zhì)量參數(shù)評(píng)價(jià)單元幾何特性的關(guān)鍵指標(biāo)，包括單元長(zhǎng)寬比、翹曲角、歪斜度等，直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.4連接單元用于模擬焊接、螺栓、粘接等實(shí)際連接形式的有限元單元，如點(diǎn)焊單元、實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧取?建模流程與總體要求4.1建模流程遵循"幾何預(yù)處理→單元?jiǎng)澐帧牧吓c屬性定義→連接與接觸設(shè)置→邊界與載荷施加→模型集成與檢查→驗(yàn)證與修正"的七步流程，各環(huán)節(jié)需形成可追溯的技術(shù)文檔。4.2總體要求模型需準(zhǔn)確反映整車幾何特征與結(jié)構(gòu)拓?fù)?，關(guān)鍵部件（如車架、防撞梁、乘員艙）的幾何偏差應(yīng)≤5%。碰撞仿真時(shí)間步長(zhǎng)需滿足穩(wěn)定性要求，最小單元尺寸對(duì)應(yīng)的臨界時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)≥求解器設(shè)定值的0.8倍。模型文件需采用標(biāo)準(zhǔn)化命名規(guī)則，格式為"車型_碰撞類型_建模日期_版本號(hào).fem"，如"SUV_正面碰撞_20251125_V1.0.fem"。需同步建立模型屬性清單，包含部件名稱、材料牌號(hào)、單元類型、厚度等關(guān)鍵信息。5幾何模型預(yù)處理規(guī)范5.1幾何清理去除設(shè)計(jì)模型中的冗余特征（如工藝孔、倒角＜3mm的圓角），保留碰撞響應(yīng)關(guān)鍵特征（如截面變化、嵌件、通孔等）。修復(fù)幾何缺陷（如縫隙、重疊面、自由邊），確保封閉區(qū)域的幾何連續(xù)性，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)需保留鋪層邊界幾何特征。5.2幾何簡(jiǎn)化非承載結(jié)構(gòu)（如裝飾件）可采用殼單元簡(jiǎn)化建模，厚度取實(shí)際值的平均值。動(dòng)力系統(tǒng)、底盤部件等可采用剛性體簡(jiǎn)化，但與碰撞區(qū)域直接接觸的部件需保留柔性特征。復(fù)合材料防撞結(jié)構(gòu)的鋸齒狀啟動(dòng)端等失效觸發(fā)特征，需1:1還原幾何形狀。6單元與網(wǎng)格規(guī)范6.1單元類型選擇車身板金件優(yōu)先采用四邊形殼單元（SHELL163），單元厚度根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)定，誤差≤±0.1mm。車架、橫梁等承載結(jié)構(gòu)采用實(shí)體單元（SOLID164），復(fù)合材料結(jié)構(gòu)采用殼單元結(jié)合鋪層定義或?qū)嶓w單元。焊點(diǎn)采用點(diǎn)焊單元（CWELD），螺栓連接采用梁?jiǎn)卧˙EAM161）或?qū)嶓w單元模擬。密封膠、粘接劑采用實(shí)體單元或cohesive單元（COH3D8）模擬界面失效。6.2網(wǎng)格質(zhì)量控制殼單元尺寸：碰撞核心區(qū)域（如防撞梁、吸能盒）單元尺寸2-5mm，非核心區(qū)域≤10mm，四邊形單元占比≥90%。單元質(zhì)量指標(biāo)：長(zhǎng)寬比≤5:1，翹曲角≤15°，歪斜度≤30°，三角形單元僅允許在非關(guān)鍵區(qū)域使用且占比≤5%。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)網(wǎng)格需與鋪層方向匹配，單元邊界應(yīng)避開鋪層搭接區(qū)域，確保每個(gè)單元對(duì)應(yīng)單一鋪層組合。6.3網(wǎng)格連續(xù)性相鄰部件網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)優(yōu)先采用共節(jié)點(diǎn)連接，無法共節(jié)點(diǎn)時(shí)采用耦合約束（CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID）。殼單元網(wǎng)格法向需一致，避免法向相反導(dǎo)致的接觸計(jì)算錯(cuò)誤。7材料模型與參數(shù)規(guī)范7.1金屬材料建模低碳鋼采用塑性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（MAT24），需輸入屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬化模量等參數(shù)，參數(shù)值需經(jīng)材料拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證。高強(qiáng)度鋼采用分段線性塑性模型（MAT36），補(bǔ)充輸入斷裂應(yīng)變參數(shù)，對(duì)應(yīng)不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能。材料參數(shù)需關(guān)聯(lián)牌號(hào)，如Q235鋼采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)集，同時(shí)記錄材料試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)。7.2復(fù)合材料建模碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）采用復(fù)合材料損傷模型（MAT54），結(jié)合CZone模塊定義擠壓應(yīng)力參數(shù)。需輸入鋪層信息（纖維方向0°/90°/+45°/-45°、鋪層厚度、單層力學(xué)性能），準(zhǔn)各向同性層壓板需按實(shí)際鋪層順序定義。擠壓應(yīng)力參數(shù)需通過物理擠壓試驗(yàn)獲取，采用Instron沖擊測(cè)試系統(tǒng)或落錘試驗(yàn)標(biāo)定，確保與實(shí)際擠壓響應(yīng)偏差≤10%。7.3其他材料建模玻璃采用脆性斷裂模型（MAT160），輸入破碎能量、斷裂強(qiáng)度參數(shù)。座椅泡沫、安全氣囊采用彈塑性泡沫模型（MAT63），參數(shù)經(jīng)壓縮試驗(yàn)標(biāo)定。8連接與接觸設(shè)置規(guī)范8.1連接建模點(diǎn)焊：直徑按設(shè)計(jì)值設(shè)定（通常5-8mm），間距≤50mm，在碰撞吸能區(qū)需加密布置，每個(gè)點(diǎn)焊對(duì)應(yīng)獨(dú)立單元。焊接seam采用殼單元模擬，材料與母材一致，厚度取1.5-2mm，長(zhǎng)度延伸至焊縫兩端各10mm。復(fù)合材料與金屬嵌件的連接，采用實(shí)體單元過渡或綁定約束，確保載荷傳遞連續(xù)性。8.2接觸定義全局接觸采用自動(dòng)單面接觸（AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE），接觸算法選用罰函數(shù)法。關(guān)鍵接觸對(duì)（如防撞梁與縱梁、車門與車身）采用手動(dòng)定義接觸，設(shè)置接觸厚度、摩擦系數(shù)（金屬-金屬取0.15-0.25）。復(fù)合材料擠壓區(qū)需單獨(dú)定義接觸，允許破碎碎屑排出，避免接觸干涉影響擠壓前沿推進(jìn)模擬。接觸容差控制在單元尺寸的10%以內(nèi)，防止穿透或分離計(jì)算錯(cuò)誤。9邊界條件與載荷規(guī)范9.1碰撞工況設(shè)置正面碰撞：按ISO2958:2024要求，設(shè)置剛性壁障速度50km/h，壁障與車輛前端中心對(duì)齊，壁障采用剛性體建模（MAT20）。側(cè)面碰撞：移動(dòng)壁障質(zhì)量1500kg，速度50km/h，碰撞位置對(duì)應(yīng)駕駛員側(cè)車門中心。追尾碰撞：后方碰撞車速度56km/h，與被撞車尾部中心對(duì)齊，碰撞車采用標(biāo)準(zhǔn)模型。9.2邊界約束車輪與地面采用自動(dòng)接觸，地面設(shè)置為剛性面，摩擦系數(shù)0.8。非碰撞方向采用位移約束，限制車輛在X/Y/Z方向的不必要移動(dòng)，但保留碰撞響應(yīng)自由度。乘員艙關(guān)鍵部件（如A柱、B柱）需設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，跟蹤碰撞過程中的變形量。9.3載荷施加動(dòng)力系統(tǒng)、變速箱等部件通過質(zhì)量點(diǎn)（MASS166）施加慣性載荷，質(zhì)量誤差≤±1kg。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的擠壓載荷通過位移邊界或速度邊界施加，加載速率需匹配實(shí)際碰撞場(chǎng)景（如10m/s滑車沖擊）。10模型驗(yàn)證與質(zhì)量檢查規(guī)范10.1單元質(zhì)量檢查采用LS-PrePost或Abaqus/CAE的質(zhì)量檢查工具，生成單元質(zhì)量報(bào)告，確保無不合格單元。重點(diǎn)檢查碰撞核心區(qū)單元，對(duì)超差單元進(jìn)行網(wǎng)格重構(gòu)，直至滿足質(zhì)量要求。10.2材料與屬性驗(yàn)證核對(duì)材料模型與部件的匹配性，復(fù)合材料鋪層方向與設(shè)計(jì)圖紙一致性誤差≤5°。抽取關(guān)鍵部件（如吸能盒）進(jìn)行單一部件碰撞仿真，與物理試驗(yàn)的力-位移曲線對(duì)比，誤差≤15%。10.3整車模型驗(yàn)證開展空載整車碰撞仿真，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)（如車身加速度、侵入量、乘員艙變形），關(guān)鍵指標(biāo)誤差≤20%。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)需驗(yàn)證擠壓前沿推進(jìn)過程與碎片形態(tài)，與物理試驗(yàn)的一致性≥80%。生成模型驗(yàn)證報(bào)告，包含試驗(yàn)與仿真對(duì)比曲線、誤差分析、修正措施等內(nèi)容。11模型管理與歸檔規(guī)范11.1版本管理模型修改需形成版本迭代，新版本需標(biāo)注修改內(nèi)容（如"V1.1修正復(fù)合材料鋪層方向"），保留歷史版本文件。版本更新記錄需包含修改時(shí)間、修改人、修改原因、驗(yàn)證結(jié)果等信息。11.2歸檔要求歸檔文件包括：有限元模型文件、幾何源文件、材料參數(shù)表、網(wǎng)格質(zhì)量報(bào)告、驗(yàn)證報(bào)告、屬性清單。采用壓縮包歸檔，命名格式為"車型_碰撞類型_建模規(guī)范V1.0