LS-DYNA在汽车碰撞模拟中的核心作用

随着车辆朝着高速化、轻量化方向发展，汽车保有量不断增加，交通事故数量及其造成的人员伤亡数量呈上升趋势。为提高汽车被动安全性能，减少乘员伤亡，在汽车开发阶段必须研究汽车结构的耐撞性。虽然汽车碰撞试验对车型以及被动保护装置的最终认证和鉴定必不可少，但其试验准备工作费用和试验所需费用都十分昂贵，同时受随机因素以及环境和技术手段的影响，试验结果尚存在不够稳定和有些动态数据获取困难的问题，而且可重复性差。国外相关研究表明，汽车的碰撞过程进行计算机模拟，不仅能预测汽车结构本身的耐撞性能，能同时实现在车辆开发进程中较好的预测其被动安全性能，利于减少实车碰撞试验次数，节约经济成本，加快新车型开发速度。

据了解，在我国的各类交通事故中，大约有三分之一是侧面碰撞。侧面碰撞的致死率则居第一位。侧面碰撞也是汽车碰撞的一种常见形式，在汽车侧面碰撞中，没有像在正面碰撞中发动机舱和前纵梁那样的吸能机构，碰撞能量主要靠车门和车立柱的变形来吸收。如下图所示为汽车侧面碰撞有限元模型。

本次侧面碰撞选用移动壁障与试验车进行碰撞模拟仿真试验，本次侧面碰撞是用移动壁障90°侧面碰撞汽车进行的模拟，即移动壁障车中线与汽车中线的夹角为90°。模型中应尽量使用真实材料类型，考虑到本文的参考特性，本文模型进行了材料简化，汽车采用LS-DYNA中的1号elastic材料，避障车采用20号刚体材料本构关系，具体设置如下：

求解之前模型还需要进行其他的设置，比如：刚性墙所有的转动均被约束；碰撞接触算法采用LS-DYNA程序中的自动单面接触算法；对避障车施加撞击的初始速度；设置计算终止时间等等。

下图为移动壁障车中线与汽车中线成90°角碰撞结果各时刻序列图。从图中可以看出，车门发生了较大的变形。碰撞过程中，汽车有一定的横向滑移，而且，汽车发生了“甩尾"的现象。

碰撞过程中的主要吸能部件为车门，车门发生了很大的变形。碰撞结束时，可能会出现车门打不开，而导致乘员无法逃生。车门变形侵入乘员舱，对乘员空间产生了很大的影响。如下图所示为汽车碰撞前后车门变形对比图。车门作为吸能的主要部件，吸能效果不理想，车体变形后，车门侵入到车厢内部挤压车内的乘员空间，影响到了车内乘员的安全。可以考虑在车门内部添加加强板或者保险杠，以增加车门的内能吸收量。

本文只是汽车侧面碰撞进行了试探性仿真，事实上汽车交通事故种类繁多，碰撞形式多样，而且碰撞角度和碰撞速度也变化繁多，汽车的被动安全性设计和新车评价都需要考虑这些碰撞情况，因此需要对碰撞模拟进行更深入的研究，比如翻滚碰撞，多车连环追尾碰撞。

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