文献综述
1.研究背景和意义
随着汽车保有量的增加和汽车速度的提高，汽车交通安全事故也呈现出增加的趋势，据估计，目前全世界每年死于车祸的人数达100多万人，伤残的人数达数千万[1]。汽车交通事故已成为当今威胁、残害人类生命的一大公害。因此安全问题也越来越来越受到社会各个方面的关注和重视。
一般认为汽车安全性分为主动安全性和被动安全性两个主要方面[2]。其中汽车的主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能；汽车的被动安全性是指汽车发生交通事故后，汽车能够对车内乘员和车外行人进行适当保护，以免发生伤害或使伤害降至最低程度的性能。
而在所有汽车事故导致的人们受伤甚至致死以及财产损失中，90%以上的汽车事故都跟碰撞有关。就目前而言，汽车碰撞是不可避免的，那么如何让碰撞事故发生后造成的生命或者是财产的损失最小成为了现在各个汽车公司以及人们甚至是国家的重点关注。在以降低碰撞损失的基础上，毫无疑问的要进行碰撞试验，实车碰撞测试与真实的汽车碰撞事故最接近，汽车试验结果说服力最强，是综合评价汽车碰撞安全性能最基本最可靠的方法[3]，是当前汽车产品碰撞安全的最终检测手段，但是由于成本高、生产周期长等因素使其在产品开发阶段就受到了限制。
随着计算机在计算速度、内存容量和图形功能等方面的发展，以及有限元和多体系统动力学建模方法的推广和应用，标志着以分析计算和试验验证相结合的研究阶段的开始[4]。与试验技术相比，计算机仿真不必等到新产品制造出来，在其初期的设计阶段就可对产品的安全性做出初步的评价，可尽早地发现问题和解决问题，从而极大地降低了开发费用和缩短了开发周期同时由于每辆汽车和每个零件都不完全相同，因此一些关键性的差别如零件铸造时的缺陷都会影响到试验的结果，而在计算机上建模分析就不存在这些问题还有，即使采用三维高速摄像手段，也很难得到汽车内部的某些关键部件的变形情况，而采用计算机模拟的方法不仅重复性好、存储的信息量大，而且还可将汽车沿任意截面剖开，观察其内部零件的变形情况和应力应变分布情况，在提出改进方案后，能够快捷地修改模型，经过计算分析对比有关零部件修改前后的变形情况，而不必等待样品的制造[5]。目前，国内外许多应用实例表明计算机仿真预测值与实验值密切相关，大大减少了必须的实车碰撞次数。整车的碰撞的计算机模拟始于20世界60年代研究，但基于计算机硬件技术和算法理论的发展，真正的突破始于1986年，LS-DYNA首次模拟了整车大变形以及实验，从此之后基于动态显示非线性有限元技术的计算机仿真方法在国外开始得到广泛使用，他们的研究主要集中在以下几方面：（1）100％重叠正面碰撞；（2）30%和40％偏角碰撞；（3）倾角碰撞；（4）侧面碰撞。每一项碰撞试验都有其试验的侧重点，对车型的发展与改进都起到了推进的作用。而本次论文的主要内容就是对某型轿车白车身全面正碰进行有限元建模和仿真分析[5]。
2.汽车碰撞计算机仿真模拟中的有限元基本理论
汽车碰撞属于高速碰撞现象，描述这类现象的主要方法有Euler法、Lagrange法和ALE(Arbitrary Langrangian Eulerian)法[6]。Euler法多用于流体力学问题，在固体力学中用的很少；ALE法是处理流体-固体相互作用的较好方法，适用于爆炸现象描述，其理论与算法较复杂，在具体编程和工程中不易实现；而Lagrange法是目前描述固体碰撞行为的最成熟最方便的方法，采用Lagrange法描述的有限元法可以处理高速碰撞工程中复杂的边界条件和复杂的材料本构关系，并且对接触滑移面描述非常方便。在汽车碰撞仿真中应用最为广泛的LS-DYNA的主要算法就采用了Lagrange法。
3.正面碰撞车体结构仿真分析的评价体系
现行国标法规或C-NCAP都以假人伤害指标作为评判轿车安全的依据，这些指标包括假人头、胸部减速度、结构(或内饰)变形对假人胸部的压缩量、大小腿轴向受力等。国内外相关文献也对正面碰撞评价指标进行了一些归纳和总结，包括位移变形、吸能总量、吸能比、质量能密度等。在初版数模阶段，由于乘员约束系统等内饰附件尚未有数据，因此只能根据工程经验选取结构的碰撞特征参数评判整车的碰撞性能，这些特征参数包括整车变形量、车体减速度、乘员舱侵入量等[7]。
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