汽车碰撞护栏单元的畸变问题

在汽车碰撞护栏分析过程中，对那些需要计算应力与应变的单元，单元的形状非常重要。一般而言，除非单元扭曲具有明显的优点，否则采用没有扭曲的等参元通常是最好的。例如，矩形元应该是“真正的矩形”，即单元内角都是直角，单元的每一边都是直边。在这种情况下，自然坐标系和实际坐标系之间的雅可比算子是常元素的对角矩阵，因此不影响应变插值的阶。同时，目前的单元公式虽活能够包容一定的扭曲，但这种包容是十分有限的。一般情况下，单元的尺寸应控制在如下范围内才能获得可靠的计算结果:

扭曲的单元对分析结果精度的影响在很大程度上与所研究的问题及所选用的单元有关。虽然我们不希望出现扭曲单元，但实际上这是不可避免的。如边界与过彼区域的单元就是这种情况。而对汽车碰撞护栏类大变形问压而言，虽然零件(指可变形零件)的初始网格可能是理想的网格形状，但在汽车碰撞护栏过程中这些网格也会出现大扭曲等畸变现象。如果要求在这些区域中的分析结果也非常精确，则必须提高网格密度，用大盆的单元来建立这些区域的模型，以弥补扭曲单元给有限元分析结果带来的损失。

虽然从理论上说甲一个区域内的扭曲单元对其他区域分析结果有影响，由圣维南原理可知，这种影响在这些扭曲单元“合适’距离以外应该是很小的，这个“合适”的距离通常与所研究的问题及采用的单元和网格的形状有关，但只有与一个更精确的解进行比较以后，才能确定实际的影响。但在汽车碰撞护栏等大变形问题中，结构的塑性变形吸能是确保汽车安全性能的重要手段，吸能构件在吸能过程中将出现大量的折叠区城，折叠区域存在大量严重扭曲的单元，虽然折必区域的这些单元扭曲不会明显影响“合适”距离以外区域内的分析结果，但正是这些折叠区域的模拟决定了整个分析结果的可靠性，因为在汽车碰撞护栏刚性物体时，汽车冲击动能的约70%就是由这些折益区域来吸收的。