杂论

　MADYMO是一个完美融合多体 (MB) 动力学计算功能和显式动态有限元 (FE) 计算功能的软件。在产品概念设计阶段，可以采用MADYMO中的MB方式进行快速有效的建模；在产品结构设计阶段，则可以采用FE方式进行细致的建模。

　　MADYMO中还提供了对安全带和安全气囊的模拟。其工具软件中可以进行气囊的折叠，以及气囊充气罐的的试验分析。在MADYMO较新版本的气囊模块中，提供了Gasflow计算模式，使得气囊展开模拟过程更加接近实际，在乘员离位状态的展开模拟中具有重要意义

　　MADYMO致力于工程应用分析，是一个世界范围内的乘员安全分析标准。使用MADYMO，可以对乘员安全系统进行快速有效的设计和优化，并可以节约大量的资金。目前，MADYMO已被广泛应用于工业工程领域、设计部门、研究所和高校，其可靠性已经得到大量试验的证实。

儿童假人　Child Dummy

CRABI儿童假人
　　CRABI儿童假人用于评估气囊展开时，对12个月儿童在离位状态下的伤害程度。这种假人已经包含在FMVSS 208法规中，并在国际标准化的离位（OOP）试验中，推荐使用这种假人代替12个月儿童。

　　CRABI12个月假人模型，是直立混合III型50百分位假人模型比例缩小后得到的模型。该假人的物理参数：几何测量和质量分布的信息，都来源于人体测量学。

　　CRAB儿童模型由32个bodies组成，其形状都为ellipsoid.input文件为：d_crb12mel_usr.xml和d_crb12mel_inc.xml，在头部和胸部之间定义了接触。目前还没有对该模型进行试验验证。

Q3 儿童假人
　　1993年，一个特殊的儿童假人工作组，包括了欧洲的一些CRS生产商，研究所和试验站，着手开发Q系列儿童假人，作为P系列假人的继承者。3岁假人模型Q3是Q系列的最早的假人。其潜在的应用领域（包括侧面碰撞试验），生物逼真性和损伤评估能力，都比TNO P3假人要好。

　　Q3儿童假人为ellipsoid模型。其input文件为：d_q03yel_usr.xml和d_q03yel_inc.xml。在该假人模型的input文件中，已经定义了：头部和胸部之间的接触；胸部和左右臂之间的接触。该假人模型已经在部件测试和整体假人测试试验中得到验证。

TNO P系列儿童假人（P3/4 P3 P6 P10 和P1 ）
　　在70年代后期，ECE委员会起草了儿童约束系统的法规，即《关于批准驾驶车内儿童乘员约束装置的统一规定》，由此TNO最先开发了儿童假人模型，来评估车辆内部的约束装置。1982年，ECE-R44开始执行。法规最初描述了4种假人，P3/4,P3,P6和P10，分别代表9个月大的儿童，3，6和10岁儿童。1988年，又开发了一个简单的P0假人代表刚出生婴儿，1995年，在ECE-R44中又规定P1 假人，代表18个月儿童。

TNO P3/4,P11/2,P3,P6和P10模型，各自的input文件为

TNO P3/4椭圆体模型：
d_tnop34el_usr.xml


d_tnop34el_inc.xml

TNO P1 椭圆体模型：
d_tnop32el_usr.xml


d_tnop32el_inc.xml

TNO P3椭圆体模型：
d_tnop03el_usr.xml


d_tnop03el_inc.xml

TNO P6椭圆体模型：
d_tnop06el_usr.xml


d_tnop06el_inc.xml

TNO P10椭圆体模型：
d_tnop10el_usr.xml


d_tnop10el_inc.xml

　　P3/4,P3,P6和P10四种假人模型的基本结构是相同的，分别都由15个bodies组成；而P1 假人模型比其他P系列假人模型都要复杂，它由23个bodies组成。

　　大多数body的惯性特性都是通过测量得到的，P6和P10中一些不是很重要的惯性参数则根据P3/4，比例放大后得到的。

　　模型都已经在前碰撞试验中得到验证。除此，P6模型也在侧面加载试验中得到验证，在侧面验证中，手臂的下部被删除，手臂的上部盘在上躯体。还有P1 和P10模型也在后侧加载试验中得到验证

Suspension Builder

简 介 Introduction

提供图形用户界面，可在MADYMO里面自动简便地完成悬架建模。

MADYMO工程师在进行翻滚和侧碰模拟时可以考虑车辆动力学因素。可进行闭环悬架系统建模，并确保稳定求解。

可自动更新MADYMO悬架系统铰的方向并进行计算。

Suspension Builder使用悬架模板——已由MADYMO创建并验证的悬架系统零部件模型。

选定前后悬架类型之后，用户可看到一些模型数据输入表格，只需输入相关的车辆参数即可建立模型。

Suspension Builder需要的数据包括：悬架部件的质量、惯量、铰接位置（硬点）以及ADAMS/Car文件的弹簧/阻尼参数。

　　用MADYMO进行悬架系统建模通常包括一个或多个闭环系统，由于每一个闭环至少需要有6个自由度，所以ADAMS/Car模型内的铰的结构特性不能直接转成MADYMO模型。

　　模板文件包含用在SUV和小卡车上的大多数常用悬架类型，SUV和小卡车的悬架也是其会否发生翻滚的关键因素。这些模板都由TASS创建并验证，适用于大多数的载荷工况。同时，模板的使用也意味着可以节省大量的悬架建模时间。

可用的前悬架模板有：

下控制臂麦弗逊式

螺旋弹簧长短悬臂式

扭杆弹簧长短悬臂式

可用的后悬架模板有：

螺旋弹簧长短悬臂式

扭杆式

其他类型的悬架模型将陆续加入到MADYMO Suspension Builder的更新版本或可通过TASS的网站下载。

　

主要功能 Functionality

　　主要可帮助用户实现：

Prediction of roll/no roll conditions

　　　预测可能发生翻滚的条件

Combining occupant safety with vehicle dynamics

　　　将乘员安全与车辆动力学结合

Accurate simulation of rollover events which involves a large deflection of the suspension system such as corkscrew, J-tum, fishhook

准确模拟车辆翻滚，如悬架有很大倾斜的螺旋滚翻、J型转弯、fishhook

Sensor algorithm development;

传感器算法开发

Inserting experimental road load data to evaluate the passenger ride comfort;

用试验路谱评估乘员舒适性

　

广泛使用的悬架类型有：

Front 前悬架:

－Short-long arm (SLA) with coil spring 　螺旋弹簧长短悬臂式

? －SLA with torsion bar　扭杆弹簧长短悬臂式

　　　－Lower control arm with McPherson Strut 　下控制臂麦弗逊式

Rear 后悬架:

　　　－SLA with coil spring 　螺旋弹簧长短悬臂式

　　　－Multi-link suspension 　多连杆式悬架（Four-link 四连杆, five-link 五连杆）

　　　－Rigid Axle with coil spring 　螺旋弹簧刚性轴式

　　　－Twist beam 　扭杆式

MADYMO允许在一个模型中耦合使用多体(Multi-body)和多个FE模型，例如在frontal impact模型中可以包含:

1. 多体假人模型
2. 有限元安全带模型
3. 有限元knee bolster模型
4. 有限元座椅模型
5. 有限元IP模型， 等等

在一个MADYMO模型中使用多个有限元子模型时，允许每个FE子模型使用单独的node/element编号，即每个子模型的节点/单元编号都可以从1开始，极大地方便了子模型的互换，而无需重新编号。

但是，目前的HyperMesh会对所有的节点和单元序号自动重新编号。 MADextract就是为了方便用户使用HyperMesh处理MADYMO FE，避免HyperMesh自动编号。

XMADgic是TNO官方开发的MADYMO XML编辑器，以其简洁的界面和强大的编辑功能，深受广大MADYMO Fans喜爱。

在XMADgic中，F2键可以非常方便地查看当前KEYWORD的解释和定义方法，但必须先下载并安装html help文件， 解压缩，拷贝到 share/doc/reference/目录下，就可以正常使用F2功能键了。

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正确安装及使用XMADgic的方法如下：
1、运行XMADgic的安装程序（windows版本），我装的是3.0版本，安装完成之后，到目录C:\Program Files\Madymo\XMADgic-3.0\win32下，运行XMADgic.exe文件，出现命令行界面，搜索license, 如果在默认位置没有madymo。lic文件， 将出现窗口，要求选择madymo license服务器或者选择license文件。
2、点击浏览找到对应的license文件，或者在服务器选择中输入26000@hostname(或者host IP address)，点击确定，这是对于linux或者unix服务器而言。
3、这是进入运行界面，启动前需要进行以下设置。在Options下拉菜单中选择MADYMO release setting，设置如下图

MADPost为TNO官方后处理软件， 特点如下：

1. 支持KIN3, D3PLOT, HDF5和AVI动画
2. 支持MADYMO Time History, HDF5 (binary format), CSV和ISO 13499格式的曲线图
3. 曲线处理模块，数字滤波 (SAE CFC 60,180,600,1000)；计算HIC, VC, NIC等损伤值；等
4. Multi-pane, multi-page界面
5. 支持多动画重叠显示 (Overlay)
6. 测量距离/夹角
7. FEMAI nodal contour显示

目前Exchange2.0里的示例文件是 MADYMO 6.2的版本，需要稍做转换。

1. 用 XMADgic打开 Exchange-2.0/share/appl/Sample_frontal/basefile_frontalel.xml

2. XMADgic -> Tools -> Translate Release, 选择转换成版本6.2.2，并选中 Recursive Translate (INCLUDE Files)

3. Save

4. 用 XMADgic 打开 Exchange-2.0/share/appl/Sample_frontal/project_Sample_frontal.mdx，MODEL.BASE/RELEASE 改成6.2.2

其余的示例类似方法解决。

MADYMO的一个很重要的概念就是ORIENTATION

－－－－－－－－－－－－－－－－－
在关键词Orientations的几个参数中，当IOR=1，2，3，4代表不同的意思
IOR = 1: successive rotations (note 1)
IOR = 2: screw axis method (note 2)
IOR = 3: direction cosine matrix (note 3)
IOR = 4: vector method (note 4)

－－－－－－－－－－－－－－－－－－
根据问题的不同，坐标旋转的方式膊煌匀范ǚ较蛴嘈卣?(direction cosine matrix)。

successive rotations (rotation angle method)是最常用的方式，坐标轴连续转动后得到最后的坐标系方向，但是，如果第二次转动为90度，则存在cosine matrix奇异的现象。为避免奇异，需要采取screw axis method 或 vector method.

rotation angle method 使用布赖恩(Bryant)或卡尔单(Cardan)角定义，物理意义很直观。

screw axis method 是沿单位欧拉向量 (unit Euler vector)经一次转动而成，需要定义 q0,q1, q2, q3四个欧拉参数 (Eular parameter)，经数学转换后，确定单位向量和转角。四个欧拉参数的物理意义不是很直观。

给定初始坐标 (xi, yi, zi) 及转动后坐标 (xj, yj,zj), 可以通过定义(xj,yj,zj)中任意两个坐标轴在初始坐标系(xi,yi,zi)的矢量来确定两套坐标的关系，而第三个坐标轴的方向可以用右手法则确定。这就是vector method的基本概念，因此需要定义两个向量u和v。

坐标轴方向是多体动力学中最重要的概念，详细的内容可参考MADYMO Theory手册 section 3.4及 Appendix D.

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
Q1-Q7与D1-D3 R1-R3的对应关系请参考 MADYMO Theory Manual 3.8节

例如对于Revolute Joint而言，Q1=R1；对于Translational Joint, Q1=D1。

对于INITIAL.JOINT_POS而言，只能使用同一套编号方法，要么Q1-Q7，要么D1-D3/R1-R3，不能混着用。

对于JOINT.FREE, JOINT.SPHE, JOINT.FREE_ROT_DISP，Q1-Q4对应q0,q1,q2,q3四个欧拉参数 (Euler parameters)，Q5-Q7对应D1-D3位移。

关于欧拉参数q0-q3的定义可以参考share/doc/theory.pdf 的Appendix D2

例如在 a_frontalel.xml中，

<INITIAL.JOINT_POS
JOINT = "Dummy_jnt"
Q1 = "1.3806912033"
Q3 = "-0.3060911646"
Q5 = "-1.25"
Q6 = "0.35"
Q7 = "0.33"/>

四个欧拉参数
q0=1.3806912033/sqrt(2)=0.976296113
q1=0
q2=-0.3060911646/sqrt(2)=-0.216439138
q3=0

则转动角度 alpha=acos(q0)×2/3.14×180=25.01262度，即25度
转动矢量为 [0 -1 0]，即绕Y负向转25度 (q2=-1×sin(alpha/2)= -0.216439138)

如果要绕Y轴负向旋转45度，则q0=cos(45/2)=0.92388, q1=0, q2=-1×sin(45/2)=-0.38268, q3=0,

输入到MADYMO模型中，Q1=q0×sqrt(2)=1.30656, Q3=q2×sqrt(2)=-0.54111

可以将PAM/LS-DYNA的有限元模型自动转换成MADYMO FE模型，免费模块，无需申请license。

用Perl script语言编写，用户可以自行修改源码，以适应不同的需求。

下载地址：http://www.automotive.tno.nl/smartsite.dws?id=1458

#
# MADYMO/Converter 1.0 April 2005 TNO MADYMO BV
#

MADYMO/Converter is a tool that converts datafiles from FEM packages to MADYMO
format.

If you have installed XMADgic version 4.0, you do not need to install
MADYMO/Converter separately.

The tool uses Perl scripting to convert the data. The Perl script can be
changed to adapt it to specific needs.

1. Installation
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Perl installation on your system
--------------------------------

Test if Perl has already been installed on your machine. Open a command shell
window and type the command perl. If there is no error message, and no prompt
appears, Perl runs and is waiting for input. Type <ctrl>C to exit the program.
If the program cannot be found, download it from http://www.perl.org for your
platform type.

MADYMO/Converter installation on UNIX systems
---------------------------------------------

Download the following files from the MADYMO web-site:

* install_converter_10
* share.tar.gz
* <platformid>.tar.gz

<platformid> refers to the platform on which you want to install MADYMO. See
the list of supported platforms at the end of this document.

Run script install_converter_10 and follow the instructions in the script.

MADYMO/Converter installation on Windows systems
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Download the following file from the MADYMO web-site:

* converter.exe

Run converter.exe and click unzip.
This puts the installation package in c:/temp.
Go to this directory in the Windows Explorer and double click on setup.exe.
Follow the instructions in the setup program.

2. Licensing
------------

No licensing is required for this release of the MADYMO/Converter.

3. Running MADYMO/Converter
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See the converter_user_guide.pdf file, which is part of the installation
package.

4. Supported Platforms
----------------------

Platform platformid
----------------------------------------
IBM AIX 5.1/5.2 ibmrs51
HP-UX 11.00 PA-RISC 2.0 hp1100pa20
RedHat Linux 7.3 linux32
RedHat Linux Enterprise Ed. linux32e
SGI R10000 or higher sgi64r10k
Sun UltraSparc sun4sol26U
Sun Ultra III sun4UIII
Windows NT/2000/XP win32
----------------------------------------

从2001年的6.0开始，MADYMO全面支持XML格式的输入文件，相对于传统的DAT格式模型文件，XML的优势在于其优越的可扩展性，使得Solver引入新功能时的难度和bug极大降低。

原则上TNO China Office不提供5.x老版本的技术支持。如果需要使用老的模型型文件，可调用translator进行版本转换，命令格式如下:

madymo622 -dat2mif *.dat

如果出现error无法正常转换，请检查该目录下 REPRINT文件，里面会有提示。

如果按提示纠正后仍无法正常转换，请将模型文件寄至 support@tno-automotive.cn or support.cn@tass-safe.com。

利用FE模拟得到的结构变形结果，可以作为位移边界条件输入MADYMO模型-PSM方法 (Prescribed Motion Method)，使假人的响应更真实。

MadyXML 1.3.3版中的MadyPost工具可非常方便地从LS-DYNA d3plot文件中输出PART的MOTION数据。

也可以使用HyperMesh 7.0输出MOTION.STRUCT数据，可参考

以通过设置INITIAL_STRAIN值来调整某个MB BELT_SEGMENT的预紧或松弛量。

设 POINT_REF_1和POINT_REF_2之间的几何距离为L(t0), 即t=0 ms时的长度。例如：POINT_REF_1 -> /D-Ring, POINT_REF_2 ->/Dummy/ClavicleRHS_pnt，L(t0)=0.343 m

L0为POINT_REF_1(/D-Ring)与POINT_REF_2 (ClavicleRHS_pnt)之间自然长度(untenioned Belt length), 假定L0= 0.286m

那么， 初始应变INITIAL_STRAIN=(L(t0)-L0)/L0=(0.343-0.286)/0.286=0.2 > 0 (pretension)

物理意义：在 t=0 ms时，用一根自然长度为L0=0.286m的安全带，连接间距为L(t0)=0.343m的两个点，那么此安全带就具备20%的初始拉伸应变 (pretension) 。

－－－－－－－－－－－－
如果自然长度 L0=0.429m, 那么初始应变 INITIAL_STRAIN=(L(t0)-L0)/L0=(0.343-0.429)/0.429= -0.2 < 0 (slack),

物理意义：在 t=0 ms时，用一根自然长度为L0=0.429m的安全带，连接间距为L(t0)=0.343m的两个点，那么此安全带就具备20%的初始松弛 (slack) 。
－－－－－－－－－－－－

初始时刻安全带绷紧，INITIAL_STRAIN > 0 ; 初始时刻安全带松弛，INITIAL_STRAIN < 0

在世界范围内，有多种不同的测试程序来评估在侧面碰撞中车辆对乘员的保护性能。例如，美国应用的是修定后的FMVSS201法规（立柱侧面碰撞）、FMVSS214法规（可变型障碍壁侧面碰撞 MDB）及LINCAP消费者测试规程等。最近美国高速公路安全保险协会（IIHS）引入一个全新而具有挑战性的侧面碰撞测试规程，以评估SUV对小个女性乘员的在侧面碰撞中的伤害。在世界上其它大多数地区，侧面碰撞评估测试程序都与欧洲ECE R95法规和欧洲新车评估程序（Euro-NCAP）相同或相似。

在侧面碰撞载荷情况下，乘员损伤是由于乘员近距离与侵入的车辆结构直接发生接触而导致，给车辆安全设计提出了独特的挑战。在乘员安全设计优化的过程中，虚拟试验是一种颇具价值且节省开支的设计工具。

在侧面碰撞的安全设计和优化中，根据不同的设计阶段可以采用不同的模型和建模方法。设计阶段可分为：概念设计 (Concept Design)；子结构(sub-structure) 或部件细化设计、评估与优化；整车模型的安全设计验证 (FVA – Full Vehicle Analysis)。MADYMO针对每一个设计阶段都提供了不同的侧面碰撞建模方法。

1. 概念模型 － 确定优选设计方案

结合多体侧撞假人模型，MADYMO多体求解器非常适合于概念设计建模开发阶段。这种建模方法可以快速建模，并且CPU计算时间短，计算结果具备很高的预测性，可以在概念设计阶段进行大量设计方案的对比，确保设计方案的合理性和有效性。

2. 子结构/部件细化模型 － 设计优化

子结构分析的优势在于可以避免整车结构分析的复杂性，而集中在关键部件的优化设计。 通常而言，子结构的baseline模型是从原始整车baseline模型 (FVA)中导出，因此其载荷条件也直接由原始FVA模型的模拟结果确定。子结构模型兼备建模细节和计算效率的优势，因此特别适合于对乘员约束系统的分析和优化。图3.2说明如何从原始FVA模型建立子结构模型。

3. 完整系统建模 － 设计验证

在安全设计优化结束后，就可以应用更新的FVA模型对新设计方案进行验证了。用于设计验证的FVA模型一般包括：整车结构、经优化的车辆内饰和约束系统、碰撞假人和障碍壁（刚性立柱或可变形移动障碍壁MDB）。 此时，需要利用非常细致的有限元模型，才能够评价结构设计改动对车身和乘员保护的影响。

为了便于FVA模拟，MADYMO提供了全系列经过严格验证的有限元侧撞假人和障碍壁模型。这些工具可以用于MADYMO独立模拟，也可与其它有限元程序耦合计算。MADYMO Model手册中详细介绍侧撞假人和障碍壁模型。

MADYMO PSM子结构法的最大优势在于计算效率和计算精度，非常适合于约束系统及车门内饰的优化设计。

1. 计算效率

如下表所示，相对于整车有限元分析 (FVA)，根据PSM部件的比例，PSM方法可提高计算效率6-18倍，可以将CPU时间降低到3-8小时。

模型规模 CPU 时间 加速比
整车有限元分析 (FVA) 48 小时 1
PSM (仅车门外板) 8 小时 6
PSM (整个车门结构) 3 小时 18

MADYMO提供全系列经过严格验证的假人模型，包括:

1. EuroSID-1 & -2 Japan/Europe side impact regulations & J-NCAP/Euro-NCAP

2. US DoT-SID FMVSS 214 & LINCAP

3. SID-HIII FMVSS 201-POLE

4. SID-IIs (small female) IIHS-SUV

利用AutoDOE进行Thorax airbag参数分析和优化设计:

优化目标:
在设计空间内达到最优保护性能

设计变量:
1. 气体发生器点火时间 Inflator triggering time: 3ms < TRIG < 12 ms
2. 气囊织物透气性 Fabric permeability: 0.0 < CDEX < 1.0
3. 气体温度方程 Gas temperature function: GTFUN [Hot, Medium, Cold]

伤害值:
1. 头部损伤值 Head injury criteria (HIC)
2. 胸部损伤指数 Thorax Trauma Index (TTI)
3. 髋部加速度峰值 Pelvis Peak Acceleration (PPA

这个？？？。。。。涉及到MADYMO的”哲学“问题了，你把几个fundamental概念弄混淆了。

1. bodies + joints = MADYMO multibody system
2. bodies本身不变形，可定义接触特性(Contact Characteristcs)
3. multibody system 的变形通过 joint DOF转动实现