整车越野能力是众多“方盒子”车型的开发性能之一。其中，沙漠地形因其沙粒松软、可流动的特性，极易导致车辆在沙漠中行驶时发生‌陷沙、翻滚等可能。一辆结构安全性能优异的整车，可应对试验室中的标准沙坑翻滚工况，也可经受住复杂涉沙场景的考验。
传统车辆涉沙性能开发，依赖多样车、多轮次的试验验证，不仅费用高昂，也存在一定的安全风险。为解决这一难题，中汽中心工程院安全开发团队研究了沙粒特性参数，创新开发了沙坑壁障有限元模型，可高精度模拟离散沙粒的动力学特性，实现对涉沙事故场景的预测与虚拟验证。

 
百亿沙粒的仿真难题
要精确模拟车辆在沙坑中的动态，需要面临巨大的计算挑战。首先，需要面临大量的计算困境。以试验室沙坑为例，其沙粒直径主要在0.5-1.5mm之间分布，多数直径尺寸在1mm左右，试验室沙坑整体尺寸为6×9m，若按照沙粒实际尺寸进行建模，则沙粒数量达百亿级别，计算量十分巨大。其次，沙子主要由石英、长石等微小颗粒组成，沙粒的刚度和阻尼等力学特性，以及不同的粒径分布将直接影响仿真精度。最后，仿真过程需准备再现沙子的压实、隆起、飞溅等复杂变形模式，为仿真计算带来了各种挑战。

中汽中心工程院的创新解法
中汽中心工程院安全开发团队着手解决计算时间与模型量级的矛盾，在保证精度的前提下可将计算量控制在适用于工况开发的区间；深入研究沙粒物理特性，确定了关键的刚度、阻尼等力学参数，确保了沙粒的动力学特性真实可靠；考虑实际沙堆的形状尺寸，构建起了符合真实沙坑环境的壁障有限元模型。
应用该模型对车辆沙坑翻滚进行分析，仿真计算过程稳定收敛，结果高效可靠。仿真过程中，能够清晰呈现“车轮下陷→整车侧翻→车体撞击沙粒→沙粒飞溅”的全过程。沙子压实、隆起、飞溅等变形模式与真实试验沙坑变形基本一致，能够有效预测车辆沙坑翻滚表现。
 
    

应用广阔：不止于“沙坑翻滚”
该模型的应用范围远超单一场景，具有较高的可扩展性，模拟例如“车辆在沙坡上翻滚”等情形，也能够支持更加复杂的沙漠越野场景，如车头下坠冲沙、车辆防滚支架设计等，全面评估整车产品的越野性能。运用仿真手段进行整车开发能够大幅减少对物理样车和昂贵场地试验的依赖，显著降低开发成本和周期，为整车结构安全性能开发提供高效的虚拟验证方案。
   
      

离散沙坑翻滚壁障仿真模型的推出，是中汽中心工程院安全开发团队深研“汽车全域安全”的又一重要成果。团队将持续发挥行业引领作用，积极研发车辆安全新技术、新工具，为汽车安全性能开发提供高标准技术服务！

市场经理：张利彬
电话：13821955865 
邮箱：zhanglibin@catarc.ac.cn
业务联系人：李学言
电话：15900299369 
邮箱：lixueyan2022@catarc.ac.cn