整車越野能力是眾多“方盒子”車型的開發性能之一。其中，沙漠地形因其沙粒松軟、可流動的特性，極易導致車輛在沙漠中行駛時發生陷沙、翻滾等可能。一輛結構安全性能優異的整車，可應對試驗室中的標準沙坑翻滾工況，也可經受住復雜涉沙場景的考驗。
傳統車輛涉沙性能開發，依賴多樣車、多輪次的試驗驗證，不僅費用高昂，也存在一定的安全風險。為解決這一難題，中汽中心工程院安全開發團隊研究了沙粒特性參數，創新開發了沙坑壁障有限元模型，可高精度模擬離散沙粒的動力學特性，實現對涉沙事故場景的預測與虛擬驗證。
百億沙粒的仿真難題
要精確模擬車輛在沙坑中的動態，需要面臨巨大的計算挑戰。首先，需要面臨大量的計算困境。以試驗室沙坑為例，其沙粒直徑主要在0.5-1.5mm之間分布，多數直徑尺寸在1mm左右，試驗室沙坑整體尺寸為6×9m，若按照沙粒實際尺寸進行建模，則沙粒數量達百億級別，計算量十分巨大。其次，沙子主要由石英、長石等微小顆粒組成，沙粒的剛度和阻尼等力學特性，以及不同的粒徑分布將直接影響仿真精度。最后，仿真過程需準備再現沙子的壓實、隆起、飛濺等復雜變形模式，為仿真計算帶來了各種挑戰。
中汽中心工程院的創新解法
中汽中心工程院安全開發團隊著手解決計算時間與模型量級的矛盾，在保證精度的前提下可將計算量控制在適用于工況開發的區間；深入研究沙粒物理特性，確定了關鍵的剛度、阻尼等力學參數，確保了沙粒的動力學特性真實可靠；考慮實際沙堆的形狀尺寸，構建起了符合真實沙坑環境的壁障有限元模型。
應用該模型對車輛沙坑翻滾進行分析，仿真計算過程穩定收斂，結果高效可靠。仿真過程中，能夠清晰呈現“車輪下陷→整車側翻→車體撞擊沙粒→沙粒飛濺”的全過程。沙子壓實、隆起、飛濺等變形模式與真實試驗沙坑變形基本一致，能夠有效預測車輛沙坑翻滾表現。
應用廣闊：不止于“沙坑翻滾”
該模型的應用范圍遠超單一場景，具有較高的可擴展性，模擬例如“車輛在沙坡上翻滾”等情形，也能夠支持更加復雜的沙漠越野場景，如車頭下墜沖沙、車輛防滾支架設計等，全面評估整車產品的越野性能。運用仿真手段進行整車開發能夠大幅減少對物理樣車和昂貴場地試驗的依賴，顯著降低開發成本和周期，為整車結構安全性能開發提供高效的虛擬驗證方案。
離散沙坑翻滾壁障仿真模型的推出，是中汽中心工程院安全開發團隊深研“汽車全域安全”的又一重要成果。團隊將持續發揮行業引領作用，積極研發車輛安全新技術、新工具，為汽車安全性能開發提供高標準技術服務！
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