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LS-DYNA/MADYMO耦合功能在ECER95侧碰分析中的应用

LS-DYNA/MADYMO耦合功能在ECER95侧碰分析中的应用 2011年12月10日 来源： 摘要：近年来，LS-DYNA/MADYMO 耦合分析方法在汽车碰撞分析领域被广泛应用。耦合功能结合了LSDYNA和MADYMO 两种分析软件各自的长处，给工程师提供了新的分析途径。本文介绍了耦合方法在新车开发分析中的应用，选取的工况是ECER95（中国即将在2006 正式颁布的侧碰法规）。此外还与完全采用LS-DYNA 的模型分析作了比较并简单介绍了提高侧碰安全性的改进策略。 简介 LS-DYNA 和MADYMO 是汽车业界通用的结构耐撞性和乘员安全性分析软件。利用这两个软件的各自优势的耦合功能 (LS-DYNA/MADYMOCoupling) ，随着MADYMO 6.0 和LS-DYNA 970版本的发布，也相应扩展了(extended coupling)。ADYMO 模型和LS-DYNA 模型之间接触力的计算，改进了原来的算法，采用了MADYMO 的接触算法 [1]。 软件用户们也于是纷纷开始把扩展的耦合功能应用在正面碰撞(包括偏置碰撞)和侧碰分析中[2]。不少汽车公司也在将其应用在汽车开发流程中[3][4]。本篇论文主要介绍LS-DYNA/MADYMO 耦合功能在泛亚汽车的应用情况，分析选取的侧碰工况参照即将于明年(2006)实施的中国侧碰法规。 中国侧碰安全法规 我国强制执行的汽车碰撞法规，到目前为止只有100%正面碰撞即GB11551。而在发生的交通事故中，由侧面碰撞造成人员的死伤占20%以上。中国的汽车侧碰法规急待推出和实施。以欧洲侧碰安全法规ECE R95 为蓝本的中国汽车侧碰安全国家标准《汽车侧面碰撞的乘员保护》ECE R95[5]，将于明年2006 正式颁布实施。 如图1 试验布置所示，在碰撞试验中，前排驾驶员座放置Euro SID-I/II假人。移动变形壁障重量为950±20kg，它以50±1km/h 的速度垂直撞向试验车辆。移动变形壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞前排座椅R 点的横断垂面之间的距离应在±25mm 内。 图1 ECE R95 试验布置

碰撞试验后假人的伤害指标必须要满足以下要求： 1. 头部性能指标（HPC）≤ 1000，或“无头部接触” 2. 胸部性能指标： 2.1 肋骨变形指标（RDC）≤ 42 mm 2.2 粘性指标（VC）≤ 1.0 m/s 3. 骨盆性能指标：耻骨结合点力峰值（PSPF）≤6 kN 4. 腹部性能指标：腹部力峰值（APF）≤ 2.5 kN的内力（相当于4.5 kN 的外力）。 其他需要满足的要求可以详细参考 [5]。 耦合模型的建立 如何建立LS-DYNA/MADYMO 耦合模型，在文献[3]和用户手册中[6][7]有详细的介绍。由于LSDYNA提供了丰富的材料模型，通常整车模型和移动变形壁障采用LS-DYNA 的有限元模型。而假人和侧面气囊或气帘则可以选用MADYMO 的多刚体模型和有限元模型。不过正是由于耦合功能，使得选取哪个软件的模型变得更灵活，车身上的子部件也可以根据需要选用MADYMO 模型。 这里不详细讨论建立模型的过程，只是结合经验介绍一些关键词的作用： 1. *Control_Coupling：用来转换LS-DYNA 和MADYMO 的单位制。因为LS-DYNA 和MADYMO 常用的单位制不一样。LS-DYNA 常用的是mm,ms,kg；MADYMO 默认用的是国际单位m,s,kg。 2. *Contact_Coupling：这里定义的是可能和MADYMO 模型发生接触的LS-DYNA 模型。因为在这里定义的部件都会显示在KN3 文件中，所以为了后处理的显示效果，也可以加上壁障等不涉及接触的部件，以加强视觉效果。 3. 注意MADYMO 模型中接触类型的定义。因为耦合计算中采用的是MADYMO 接触算法，发现使用CONTACT_FORCE.KINEMATIC ，会使计算不稳定。根据经验，接触类型可以选取CONTACT_FORCE.CHAR、CONTACT_FORCE.PENALTY 或CONTACT_FORCE.ADAPTIVE 中的一种。 4. 安全带模型并不包括在整个模型中。根据作者现有经验，安全带在侧面碰撞中对假人伤害值的贡献不大。 耦合模型建立后如图2：假人选用的是MADYMO的ES-2；整车和移动变形壁障是LS-DYNA 模型。 图2 建立的耦合模型

计算比较和侧碰性能的改进 采用耦合比单纯用LS-DYNA 模型（整车、假人和壁障）在计算效率上有一定的提高。表1 显示的是用2cpu 计算的时间比较。 表1 计算时间比较

由于耦合程序是SMP 版本的，如果LS-DYNA 和MADYMO 的版本也是SMP 版本，计算时需要设置相同的CPU 个数。在和LSTC 交流之后，新的耦合程序版本可以设置不同的CPU 个数，即LSDYNA 可以设置多个CPU, 而MADYMO 可以只用1 个CPU，计算效率仍在测试中。 耦合计算结果和纯LS-DYNA 模型的计算结果和试验结果的比较也在进行中。可以肯定的一点是，在设计初期，由于时间上的优势，采用耦合模型可以为设计变量的调整给出方向。 侧碰法规的实施给汽车设计提出了更具体的要求。如何提升

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