机械工程学报 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (6): 314-324.doi: 10.3901/JME.260195
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李林聪1, 王胜全1, 曾翔1, 蔡勇1, 何小伟2
LI Lincong1, WANG Shengquan1, ZENG Xiang1, CAI Yong1, HE Xiaowei2
摘要: 有限元方法在汽车、军工等工业领域应用广泛,但在汽车碰撞等复杂工况下,其受限于计算资源,在效率方面存在显著局限。针对有限元方法效率低、难以仿真运动全程、难以沉浸式了解仿真结果等缺点,基于高低阶联合仿真方法开发了汽车碰撞真实感仿真平台。为了均衡仿真效率与仿真精度,开发了可用于汽车非碰撞时段的物理仿真算法,并联合该物理仿真算法与传统有限元算法,实现了汽车碰撞运动的全过程模拟。并且,通过仿真数据和场景数据的耦合渲染,实现了仿真过程的真实感呈现,成功开发了真实感仿真平台。此外,为了验证联合仿真方法和仿真平台的计算性能,采用有限元方法进行汽车碰撞仿真,对比结果显示,在物理仿真阶段,如速度等计算结果平台仿真与有限元仿真一致,并将计算时间缩短至有限元方法的0.35%。在发生碰撞的大变形阶段,内能增量与有限元方法相差1.10%,加速度最大偏差为3.51%,将总仿真时间缩短为有限元方法的21.01%。在可视化方面,真实感仿真平台具有较强沉浸感,提供了更加直观的可视化方式,提高了理解、分析仿真数据的效率。通过汽车碰撞算例,验证了仿真平台在工业应用中的可行性,证明了高低阶联合仿真平台相比有限元软件在汽车碰撞场景中有更高的效率、更好的实用性。
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