原文链接：
1撞击理论模型
含动能约束的多体系统的动态剖析是早已建立的热学分支。为了构建物理模型，物体都被假定成为刚性，且铰接处觉得不含间隙。
撞击问题吸引着从天体化学学到机器人学等不同事科领域学者的注意力。她们的共同目标是发展才能预测撞击物行为的理论。本文主要集中于与质心有关的撞击模型。
撞击理论的演进主要富含四个方面：精典热学、弹性挠度波传播、接触热学和塑性变型。不同的撞击理论适用于不同撞击特点(速率和材料性质)、假设和相关推论。
(1)精典热学
包含应用基本热学定律来预测撞击后的速率。脉冲-动量定律构成这些技巧的核心。在专著中用了一章的篇幅介绍了这些技巧在几个问题中的应用。Brach在模拟几个具有实用价值的问题时一律采用了此法。这些方式具有简便和便于实现的特性。实际问题中的能量损失是通过恢复系数实现的。但是，此法不能预报物体之间的接触力和物体的挠度。
(2)弹性挠度波传播
撞击通过以撞击点为起点，挠度波在撞击物之间的传播描述。总能量中的一部份转化为震动，这样，精典理论就难以验证这些理论。把这些技巧应用于如下问题中：两杆的横向碰撞、质点和杆碰撞、粘弹性对碰撞的影响等。Zukas等也广泛地应用了这一技巧。波传播法拿来研究狭长杆的横向碰撞问题。
近些年文献使用符合运算软件给出两类典型问题：质点杆撞击和杆撞击地面问题的符合表达式解。文献研究了平面波在含空洞材料中的传播与考虑径向弯矩和惯性力时波在圆锥形杆中传播具有模拟关系。文献于不对称粘弹性杆在时域的波传播解，给出了理论和实验剖析。
(3)接触热学
两个物体撞击形成的接触挠度是碰撞研究中的另一个研究热点。常规接触热学主要与静态接触有关，虽然此法在涉及撞击时早已延展至近似解。对于球状接触面，Hertz理论常被用于撞击关系的获得，进而估算撞击时间和最大变型。
此方式还被用于含塑性变型的情况。一般假定材料有一个屈服点。当Hertz理论不适用时，也可使用屈服区模型。撞击力变型关系常通过降低一个减振项来反映接触区域的能量耗散，因而容许把接触区作为一个弹簧-减振系统的模型。
(4)塑性变型
当塑性应变超过允许变型时，弹性波模型不再适用于剖析撞击问题。这类问题属于高速撞击问题，如发生爆燃和侵彻时。提供了2种方式：水动力学理论和塑性波传播理论。
水动力学理论中，假定物体密度发生变化，材料的状态多项式于密度、温度的变化相关，同时借助了能量、动量和质量守恒定律。而塑性波传播理论中，塑性区的材料觉得是不可压缩的。同样，与应变、应力、应变率有关的状态多项式假定与气温无关。
和假定了延性材料，载荷的加载是一个长时间的过程。Zukas提供了分别使用应变相关和应变独立理论的塑性波传播理论。文献考虑了梁与梁碰撞的问题，采用了质量-弹簧模型。梁之间的能量才能挺好地近似刚塑性解。
工程师常须要解答如下2个基本问题：(1)撞击前后速率变化的关系。(2)撞击点的碰撞力多少？
当恢复系数给定时，脉冲-动量定律方式才能回答第一个问题。但后面早已提及，此法不能确定撞击力，即解决不了第二个问题。波传播理论可以得到撞击物内的挠度，但动力剖析中的积分比较复杂。接触热学方式把接触区域作为弹簧-减振系统，使撞击问题作为连续时间动力问题处理。塑性大应变理论在解决弹道学领域中的爆燃、侵彻时最有效。但本文不涉及这方面中高速碰撞问题。
2关于恢复系数的历史与现况
依据，关于撞击的首次研究可溯源道1668年，由,Wren和进行。后来于1687年在他的专著《of》中参考了Wren的工作。的工作成果是推导入了动量守恒定律，因而成为撞击理论的基础。
这个理论的主要假定是觉得物体是刚性的，因而撞击持续时间为0。单独使用动量守恒定律不足以确定撞击后撞击物和靶体各自的速率。因而初等撞击理论考虑了两种极限情况：完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞。完全弹性碰撞指碰撞前后系统的动能守恒。而完全非弹性碰撞指撞击后撞击物和靶体连为一体共同运动，因而组合体的速率可以通过定律守恒定律确定。但是，一般的撞击既不是完全弹性碰撞，也不是完全非弹性碰撞。初始动能的损失是通过恢复系数e的引入(提出这一观点)来实现的。
其中下标1和2分别表示撞击物和靶体，而i和f分别表示初始()状态和最终(final)状态。e是个无量纲的系数，其值介于0和1之间，0对应于完全弹性状态，1对应于完全非弹性状态。恢复系数的一个对能量损失的综合概念，可包括不同的能量损失，如材料的粘弹性、接触面的塑性变型和两个物体之间的震动等。
恢复系数不是仅仅依赖于材料的一种固有属性，它取决于撞击物和靶体的材料、接触面的几何性质和撞击速率。近些年来，文献使用能量法研究狭长杆与光滑界面碰撞的恢复系数，提出了影响恢复系数的2个诱因：碰撞倾斜解和反映杆几乎和材料性质的常数Hr。使用恢复系数的优点在于物理抒发上的简约性。
姚文莉使用波传播理论分别提出质点与杆和梁碰撞的恢复系数的求法。得到损失波动能量在质点-杆碰撞问题中所占比列的物理表达式。Brach在文献中广泛使用了恢复系数来解决撞击问题。Brach还注意到恢复系数可取-1和0之间的数。这表明在撞击过程中损失了一些能量，但并不形成速率方向的改变。如侵彻物在穿过靶体时即使增加了自身速率，但速率方向没有改变。
若干文献研究了撞击物初始速率与恢复系数的关系。靶体是粘弹性材料时，提出如下观点：
上式表明撞击速度越大，恢复系数都会变低。也即撞击物高速碰撞时，损失的能量更多。上式仅考虑粘弹性材料。现实中，还有其他的诱因须要考虑。高速碰撞时，弹性波传播时的耗散及塑性变型消耗的能量须要考虑。而低速碰撞时的黏性力和重力变得更加重要。文献中借助恢复系数讨论了粘弹性地基上的撞击响应问题。
3接触力-变型模型
关于撞击力中级理论的上述综述基于完全质心的简化假定。撞击物的实际情形是复杂的，而且撞击持续时间决对小于0。更为接近实际的模型是采用连续时间动态模型。这个方式的成功之处在于基于健全的物理模型。一般，接触力-变型关系如下：
Fc是接触力的弹性部份，Fv是粘弹性减振部份，Fp是由塑性变型造成的耗散部份。以下主要介绍接触力的弹性部份。其中1882年Hert关于半无限固体的弹性接触工作具有重大意义。对此理论做了挺好的介绍，并于附表中列出了相关公式。Hertz理论强调了挠度在接触区的分布，也给出估算法向挠度和剪切挠度在撞击体内的分布。一个很常用的推论是圆球-圆球接触时的接触力-变型关系：
其中F是撞击物和靶体之间压缩时的法向力，δ是两个圆球之间的缩进，也即两个表面之间总的变型，K是取决于圆球直径和材料弹性常数的常数。
4近些年来的进展
(1)柔性撞击
用子结构方式研究了刚性小球和均匀柔性杆的横向碰撞及和均匀柔性梁的纵向碰撞问题，导入了用模态座标表示的动力学多项式。
(2)直接模态叠加法研究弹性撞击问题
邢誉峰等借助DMSM策略，讨论了等截面杆、梁的碰撞问题。文献强调：这些方式可以得到结构弹性碰撞问题的解析解；这些方式不但可以拿来剖析平动结构的碰撞问题，还可以拿来剖析机构的各类弹性锁定问题；不但可以拿来剖析结构的点碰撞问题，对结构的线、面接触和碰撞等问题同样有效。
对于梁碰撞问题，文献进行了如下研究：考虑线弹性接触变型的前提下,分别对质点、杆与跨径Euler-梁的垂直正撞问题进行了研究。文献基于不同梁理论：Euler梁、梁和挠曲理论，比较了结构遭到冲击的动态响应。
文献中，假如用一个假想的弹簧来模拟两个结构相撞处的接触挠度，并通过该弹簧把撞击体和靶体联系成一个组合震动体系，就可把结构碰撞剖析转化为常规的结构震动响应剖析问题，即是该组合震动体系在其撞击部份具有给定初始速率模式下的震动响应问题。因而可以便捷地直接使用常规的震动模态叠加法或时间积分法来求解撞击问题。文献具体报导了借助解析模态和有限元离散模态求解质点-弹性杆的撞击力变化过程，并讨论了各类诱因以及有限元建模对结果的影响。
(3)纤维复合板
复合板遭到低速撞击问题已被许多学者研究过。Sun和研究了一个四边跨径各向同性板遭到中心撞击的情形，并考虑了纵向剪切变型。研究了受均布圆形载荷时的撞击情形。A.和C也研究了板的撞击响应，对位移、转角采用级数展开，数值积分用方式，并与拉普拉斯解进行了比较。
(4)有限元方面的进展
文献较早使用有限元方式研究了接触/撞击问题。还有文献使用辛方式研究了非线性撞击问题。M.,基于非线性热学有限元原理，使用数值方式研究了接触/撞击问题。对于无磨擦问题，构建数值微分等式。在接触面上损失了一部份能量，以稳定接触面的动能场。数值解采用了积分法，较好地模拟了接触/撞击过程。文献根据波传播理论提出一种新的数值算法：富含模态综合的有限元估算法，并与柔性杆受轴向撞击的精典St.解进行了比较。
不仅上述研究，近些年来许多学者对不等截面杆及受载梁的自由震动进行了大量研究。Q.S.LI等对等截面杆、不等截面杆富含集中质量-弹簧耦合系统进行了大量研究。
乘用车前面碰撞仿真剖析规范
1范围
本标准规定了乘用车前面碰撞CAE剖析的软件设施、硬件设施、输入物、输出物、分析方式、结果评价及剖析报告。本标准适用于乘用车前面碰撞剖析。
2规范性引用文件
下述文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。但凡注日期的引用文件，其此后所有的更改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，但是，鼓励按照本标准达成合同的各方研究是否可使用这种文件的最新版本。但凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
3软件设施
前面碰撞剖析软件设施包括以下内容:
a)前处理：、/、ETA/VPG；
b)后处理：、/、LS-；
c)求解器：LS-DYNA970，。
4硬件设施
a)前、后处理：HP或Dell工作站；
b)求解：集成服务器。
5输入
5.1存在整车碰撞剖析模型
一个完整的碰撞剖析模型中富含：
a)白车身各个零件的有限元网格数据；
b)焊点数据；
c)各个零件的材料数据；
d)各个零件的长度数据；
e)及其他必要数据。
5.2无整车的碰撞剖析模型
乘用车前面碰撞剖析的3D几何模型，数据要求如下：
a)设计任务说明书；
b)各个零件的长度或则长度线；
c)动态材料数据；
d)焊点文件；
e)3DCAD数据(数据要求无显著的穿透或干涉)；
f)各个零件的明细表；
g)整车的刚体座标；
h)及其他必要参数。
6输出
乘用车前面碰撞剖析的输出为剖析报告，针对车型统一命名为《车型侧面碰撞剖析报告》（“车型”用具体车型代号代替），报告内容的按9规定的内容编制。
7剖析方式
7.1剖析模型
剖析模型包括前面碰撞剖析模型，该模型主要包括：车身,前、后悬架,动力总成,转向系,仪表板横梁,踏板机构,保险杠,冷却系统,进、排气系,燃油箱,蓄电瓶,坐椅,配重质量点等。
7.2剖析模型构建
构建有限元模型，以下事项须要非常注意：
a)剖析模型的网格质量应符合求解器的要求；
b)模型中各模块的命名，模块界定，零件的命名必须规范；
c)材料参数由材料模型库中取得，各个零件的材料依照明细表给其赋于材料特点；
d)定义各零件的属性时，应依据设计方提供的长度清单逐一设定各零件的材料长度；
e)模型的点焊、铰接、胶粘根据实际焊点位置分布；
f)有限元模型中剖析模型的质量应当与实际相等；
g)前期建模均在前处理软件中完成。
7.3前面碰撞剖析
7.3.1整车模型
7.3.1.1标记点的布置:作出如下表的标记点，以便记录压溃距离，确保油箱有足够空间。
a)旁边碰撞标记点位置见表1：
7.3.1.1指定的几个搭乘位置的“H”点：
7.3.1.2.1驾驶员和后排两侧旅客：往前联通四肢和腿总成，使双腿自然地置于地板上，必要时置于各操纵踏板之间；假如手臂与肩膀不能保持平行，而且双脚不能落地，则应联通双脚使之落地；
7.3.1.2.2后座两侧：对于后座坐椅或辅助坐椅，手臂位置按制造厂的规定调整；
7.3.1.2.3其他指定的搭乘位置:应遵守驾驶员和后排两侧旅客规定。
7.3.1.3整车模型质量是整备质量。“车辆整备质量”指处于运行状态的汽车质量，没有驾驶员、乘客和货物，但加满燃料、冷却液、润滑油，并带有随钳工具和备胎；移列车和碰撞装置总质量1100±20kg；
7.3.1.4整车前面碰撞截面布置如图1，位置描述如表2：
图1前面碰撞截面布置
表2前面碰撞截面布置位置描述表
7.3.2碰撞假人
a)假人个数及位置，根据法规要求放置相应假人模型；
b)在后排驾驶员位置放置50%；
c)模型：模型库中存有，采用模型库中文件，无则采用VPG自带假人。
7.3.3撞击器的设置
a)车辆撞击器的形状规格：
长度不大于2500mm，高度不大于800mm，其边沿倒成40和50mm的圆角；该表面应覆以20mm厚的一层胶合板；撞击表面下边沿至地面的间隙应为175±25mm；
b)撞击器的特点：撞击器应为钢或刚性结构；
c)撞击器的驱动：撞击器可以固定在汽车（运动障碍）上或构成摆锤的一部份；
d)仿真采用以一联通的刚性墙取代。
7.3.4前面碰撞剖析，包括以下内容：
a)在前处理软件中构建完整的剖析模型，仔细检测各个零件的材料、厚度是否与白车身明细表一致，检测各个零件的点焊情况是否与CAD数模一致；
b)质量的一致性：如果剖析模型中不放置假人，根据各法规要求在规定位置以相应质量块取代；
c)设置控制卡片，定义估算时间、时间步长等；
d)定义输出输出卡片。
7.4初始条件
根据法规要求给定运动壁障碰撞速率动量定理小球碰撞实验，GB20072-2006要求速率为50±2km/h，如图2所示；
图2前面碰撞碰撞剖析
7.4输入文件类型
输入文件类型指供求解器辨识的文件类型，主要包含模型的*.k格式文件和估算控制参数的*.dyn格式的输入文件。
7.5输出文件类型
输出文件类型指通过求解获得的结果和中间过程的文件，主要如下：
a)包含估算结果和模型信息的文件；
b)包含估算数据输出的、、elout、、、、文件。
8结果评价
剖析结果数据主要包括：车身结构数据，假人伤害数据；不同法规在车身结构评价及假人伤害评价上要求不同。
8.1能量控制
整体能量守恒，沙漏能占整体内能的比率不超过10%；总体质量降低大于6%。
8.2前面碰撞要求
8.2.1结果评价：
a)为确定横向残余空间（距离），检测汽车后座坐椅“R”点在地板垂直投影点相对于汽车某一不变型部份基准点的横向位移量应不超过75mm；
b)在碰撞过程中，燃油装置不应发生液体泄露，因为仿真的局限性，对燃油泄露情况未能模拟，剖析高考察塑性应变这个指标，对油箱做出评价：剖析中可以考察材料的塑性应变，通常塑胶的破坏塑性应变不能超过30%，铁制的塑性应变不能超过15%；
c)如8.3.1.1标记点的布置描述的位置点动量定理小球碰撞实验，检测车身结构压溃（以下的压溃数据要求只是参考值，可以按照汽车结构不同做出调整）：
后门槛X方向压溃距离大于30mm；
左后翼缘与右后翼缘Y方向压溃距离大于20mm；
副轮组下横梁与油箱前横梁X方向压溃距离大于75mm；副轮组上横梁与油箱前横梁X方向压溃距离大于145mm；
9剖析报告规范
乘用车前面碰撞剖析的剖析报告统一为PDF格式的文档，其报告内容如下：
a)剖析目的；
b)剖析模型概述；
c)初始条件；
d)剖析结果；
e)剖析推论；
f)剖析文件归档。
正面100%重叠刚性壁障碰撞CAE剖析
标准及要求:
试验汽车100%重叠正面冲击固定刚性臂障，壁障上附以20mm厚胶合板，碰撞速率为50km/h，试验汽车抵达壁障的路线在纵向任意方向偏离理论轨迹不超过150mm。
1)坐椅结构零件可以出现变型,假人在碰撞过程中必须保持完好.所有的锁止机构和调节机构设为锁止状态,但是保持完整.
2)在测试中以及测试结束后,零件不容许出现撕裂和破坏,坐椅结构保持完整.