VPG
VPG
eta/VPG软件是ETA(Engineering Technology Associates, Inc.）在对各大汽车厂商（如FORD、GM、DAIMLERCHRYSLER、KIA等）近20年合作的工程咨询、技术服务过程中，积累了丰富的汽车业CAE技术服务经验而开发出的整车仿真软件。
VPG技术的出现和汽车行业对CAE的需求密不可分，近十年来，汽车CAE分析技术已经深入到产品设计的流程中，但是汽车技术的发展已不满足于零部件分析，需要更快速、更方便、更准确进行大系统，直到整车系统更真实的非线性仿真。其次，系统分析可以克服零部件结构分析中载荷不定因素所存在的误差。第三，汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，要求汽车在设计的使用期内整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，而达到使用期后，零部件尽可能多的达到损伤。以求产品轻量化，节约材料和节省能源，这更需要使用真实载荷分析。汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不满足于传统的刚性简化假定，要求考虑结构变形刚度影响。在这样的背景下，1995年ETA提出VPG技术，构制统一平台，简化建模过程，引入虚拟试验场，从而只需建立一个整车模型（过程简单），就能够在汽车真实试验条件（真实路面载荷）下，进行整车非线性虚拟样机仿真，达到动态参数设计的目的。同时针对碰撞安全法规的要求，内置欧美碰撞安全法规和各种碰撞模型（假人、壁障、安全带等），轻松进行碰撞安全仿真。
标准的悬架模型库(还可以读取Adams的数据格式)
前悬挂：
–麦弗逊悬挂（McPherson）
–长短臂（Short-long Arm) 
后悬挂：
–麦弗逊悬挂（McPherson）
–渐变叶片弹簧悬挂(Leaf Spring)
–后拖臂（Trailing Arm）
–五连杆（5-link）
–四连杆（Quadra Link）
–扭杆（Twist Beam）
–实体轴（Solid axle）
–五连杆（Honda 5-link）
标准的轮胎模型
用户只需要定义轮胎的相关参数，VPG软件可以自动生成带有轮胎压力的轮胎模型
汽车防撞性安全模型库,即碰撞仿真工具库
–假人模型, VPG 3.2 可提供9个假人模型，前碰6个假人模型，侧碰2个假人模型，航空用1个假人模型；
可变形50百分位前碰撞假人 刚性50百分位前碰撞假人
美标侧碰撞假人 欧标侧碰撞假人
–障碍物, 包括侧碰运动壁障，0度及30度前碰障碍物(刚性)，后碰障碍物(刚性与可变形)，前偏置碰障碍物等。
FMVSS214运动壁障 ECE95运动壁障
IIHS运动壁障 ECE94固定壁障
–气囊折叠工具
–安全带
-其他工具库
摆锤与刚性柱 头部模型与安全带固定点测试工具
自动施加标准路面载荷，引入美国MGA汽车试验场路面数据库。
–交替摆动路面(Alternate Roll)
–槽形路(Pothole Tracks)
–鹅卵石路(Cobblestone Tracks)
–大扭曲路(Body Twist Lane)
–波纹路(Ripple Tracks)
–搓板路 (Washboards)
–比利时石块(Belgian Block)
VPG/PrePost它的前身是FEMB（LS-DYNA软件的指定前处理器），随着VPG技术的发展，ETA公司对VPG/Prepost投入了很大的精力，开发和完善了很多的新功能，整合成为VPG/PrePost模块，具体特点如下：
支持多种CAD数据格式:
现在支持的CAD数据格式有：IGES, VDA, DXF, CATIA, STEP, UG 等等。
百分之百支持LS-DYNA所有的关键字
对于著名显式动力分析软件LS-DYNA的关键字，VPG/Prepost 100%支持LS-DYNA所有关键字，用户可以很方便的进行图形界面输入，无需进行文本编辑，并且每一个关键字的参数都有简要的解释。
强大的网格生成功能
VPG/PrePost能自动生成四边形网格，花时少，网格的质量控制方便（三角形网格应严格控制在一定的百分比内）。同时，VPG/Prepost还能自动生成四面体、五面体及六面体的立体网格。
ALE-FSI爆炸建模功能(ALE-FSI功能)
ALE-FSI的开发起源于美国军方的需求，美国军方要求ETA为其开发一个模块能够自动生成ALE网格模型并且能够快速定义ALE属性的模块。现VPG 3.3程序中集成了ALE-FSI这个爆炸模块，它是计算涉及爆炸等军工问题的专业模块。利用这个模块CAE工程师可以比较方便处理类似爆炸载荷下的武器设计、结构破坏及动态相应等流固耦合问题，它能比较方便的进行炸药、土壤、空气、水等ALE模型的生成和网格的划分，同时也比较方便地定义ALE各种材料的材料参数、状态方程和流固耦合的定义，在这个模块下可以直接定义ALE的控制选项卡，直接输出命令文件而不需要任何修改，最后计算后还可通过ETA公司的ETA/POSTPROSESSOR软件进行后处理。
在模块可以很方便的定义：
多物质的Euler单元，可达20种材料；
若干种Smoothing算法选项；
一阶和二阶精度的输运算法；
空白材料；
Euler边界条件：
滑动或附着条件；
声学压力算法；
与Lagrange列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合;
传统算法上，LS-DYNA使用Lagrange，Euler以及ALE算法可以精确模拟高速瞬态大变形问题。多物质的ALE方法可以实现流固之间的耦合。在网格畸变处理上，LS-DYNA的Lagrange自适应网格以及重划分网格技术可以处理由于大变形引起网格畸变而引起的求解困难。Euler算法可以处理任意网格的变形，ALE算法中的Euler步可以自动优化网格。另外通过定义材料实效可以删除由于大变形引起的网格。 在汽车模型中，点焊是主要的联接方法，一般有3000-4000多个，在建立有限元模型时，点焊的人工处理工作量很大，并且容易出错，严重影响工作的进度，VPG提供自动焊点处理工具，非常快捷的生成焊点。
支持NASTRAN,PAMCRASH,ABAQUS,RADIOSS等软件的接口功能
在VPG新的版本当中，能够支持NASTRAN,PAMCRASH,ABAQUS,RADIOSS等有限元软件的数据格式，并且提供了这些软件与LS-DYNA之间的数据转换接口，例如：在VPG中，可以直接将NASTRAN的数据模型转换成LS-DYNA的数据模型，这样在进行整车分析过程中，可以大大减少建模时间。
强大的后处理分析功能
等值线/云图的静态或动态显示结果，显示内容包括应力应变，厚度变化，位移，加速度，速度等等；
强大的graph功能，结果还能以X-Y方向曲线显示；
不仅能读Ls-dyna 的后处理文件，也能读Nastran的后处理文件；
可生成供局域网和演示的文件，输出AVI和JPG文件。
VPG/Structure模块包括：
轮胎库
悬挂模型库
路面库
疲劳寿命分析：
汽车结构失效的主要体现是疲劳损伤，所以在汽车有限元分析中，结构的耐久性分析是其重要的一部分。
以前处理疲劳寿命问题一般使用线性静力分析方法，现最常用的方法是：首先是生成或获得道路载荷数据，然后进行随机分析，最后进行结构的疲劳寿命评估。
当原型机还没有得到时（在概念设计阶段），道路载荷的获得通常基于一些假定：如汽车结构和悬架系统都是由各种刚体组成。在得到道路载荷后，只进行线弹性应力分析，得到的应力又被假定为最严重疲劳损伤事件，在此基础上进行疲劳寿命评估。这些假定限制了当前汽车结构耐久性分析的精确性。
而应用VPG技术进行汽车的耐久性分析，是通过建立整车有限元模型（包括轮胎、底盘和悬架），应用非线性动力显式分析程序，进行弹塑性应力分析，在虚拟的三维道路表面上进行道路试验仿真，从而得到应力应变时间历程响应，在此基础上可精确的进行结构疲劳寿命评估。
由于分析对像是整车，这就避免了传统CAE分析中，部件间受力关系难以确定的困难，如在车身随机响应疲劳分析中，避免了分析者必须通过样车试验确定悬挂支点对车身作用力谱，再对这些作用力谱滤波、强化、数字化和对车身支点施加谱载荷谱表等一系列复杂工作。在系统运动学和动力学分析中，不一定将车身简化为刚体，车身悬挂的弹性和变形影响可真实计入计算分析中，从而提高了分析精度。
以整车为分析对象，边界条件只有路面和车速，实现了分析载荷实现规范化、标准化，结果更加真实，可比性提高。因为路面载荷数据库是全面和权威的（如美国独立的汽车试验场 MGA 路面库），也可以是本公司使用的自行考核试验路面，分析结果更加实用。
疲劳寿命的评估精度除了依赖于损伤模型外，关键依赖于应力应变响应的正确模拟，VPG能提供真实的应力应变响应，获得动态应力值，考虑材料和几何非线性及阻尼的影响，在计算中包含了结构非线性、车身支撑发动机支撑等橡胶连接件的非线性因素、悬挂转向系统连接和缓冲件的非线性因素、车轮轮胎的非线性因素、轮胎和地面接触条件等等，可见分析中几乎排除了传统CAE分析常使用的人为假定。
NVH分析评价：
应用VPG技术，可在时域分析的基础上进行汽车的振动、噪声和舒适性（NVH）分析评价，获得模态/频率，噪声和声学响应分析的解决方案。
用VPG进行NVH分析的特点和优势：
时域内获得的数据既为试验场测量的真实数据，各种试验工况可由路面数据库模拟实现，还可组合复杂真实的载荷条件。
从时域到频域的过程与试验场测量程序完全一致，即从时域到频域应用FFT变换
考虑了阻尼特征：
— 结构非线性：结构阻尼
— 内摩擦：材料阻尼
— 粘性影响：轴衬，冲击，轮胎
— 外摩擦：部件间接触
复杂实用的轮胎模型
因为轮胎是传递道路载荷的关键部件，它的响应特征会直接影响分析求解的正确性和精度，VPG有多种真实轮胎模型，包括复合材料轮胎模型，所以能建立真实的轮胎模型为NVH分析提供了强大的技术保证。
VPG_Safety模块介绍
完全按照碰撞法规（FMVSS和ECE/EEC等），建立标准化的分析过程，用户通过step-by-step的方式，简单轻松地完成碰撞安全分析。
具有以下特点：
-内置碰撞法规（FMVSS和ECE/EEC等）
- 参数化的模型数据库
- 实用的假人定位系统
- 快捷的安全带生成方式
-方便的气囊折叠工具
- 步骤step-by-step
内置碰撞标准法规（FMVSS和ECE/EEC等）
整车防撞分析
美国FMVSS 标准
FMVSS 214b(侧门侵入)，FMVSS 214(侧碰)，FMVSS 208(0度/30度刚性墙)，FMVSS 216(顶盖压垮)，FMVSS 301(平面刚墙后碰)，FMVSS 301(70% 偏置可变形壁障后碰)
欧洲ECE标准
ECE 94(40%偏置可变形壁障正碰 )，ECE 33(正碰)，ECE 34(后碰)，ECE 95(侧碰)
保险/消费者要求
正刚性柱碰撞，侧面柱碰撞，IIHS 40% 偏置可变形壁障正碰，AMS (刚性15度, 50%偏置防滑行设备)，保险杠碰撞 FMVR581(平面, 偏置,摆锤)
乘员安全分析
美国FMVSS 标准
FMVSS 201(自由运动头碰撞)，FMVSS 207/210(安全带固定点)，FMVSS 225(儿童约束系统)，FMVSS 208(雪橇实验乘客仿真)，FMVSS 208(膝盖垫仿真)，FMVSS 203(操纵控制系统)
欧洲ECE标准
ECE 17(行李侵入)，ECE 12(操纵控制系统)
标准化的模型数据库
•假人
–SID 和 EUROSID假人模型
–混合 III 型假人模型
–航空航天用假人模型
•壁障
–FMVSS/ECE 侧碰壁障
–0度刚性正碰壁障
–30度刚性正碰壁障
–偏置正碰可变形壁障
–后碰壁障
•冲击锤
–撞锤
–摆锤
–头锤
方便实用的假人定位系统
在VPG/Safety模块中放置假人的步骤非常简单
简单快捷的安全带生成方式
由四个点来定义，从而自动生成安全带模型，简化碰撞分析；
方便的气囊折叠工具
VPG/Safety 提供工具自动进行气囊折叠过程；
eta/VPG 3.3版本中将新增ALE－FSI模块，它是计算涉及爆炸等军工问题的专业模块，其强大的流体与固体相互耦合的功能可以广泛应用于各种爆炸（水下、空中、建筑物和土壤中）、气囊展开、罐内液体晃动等分析中。用户可以比较方便的进行ALE和SPH方面的数值仿真工作，可以自动生成ALE网格，定义炸药的大小、位置，并进行炸药单元的网格划分。
模型参数的定义
VPG 爆炸模块的设立，它能比较方便的进行炸药、土壤、空气、水等ALE模型的生成和网格的划分，同时也比较方便地控制网格密度、定义ALE各种材料的材料参数、状态方程和流固耦合的定义，在这个模块下可以直接定义ALE的控制选项卡，直接输出命令文件而不需要任何修改。
模拟流固耦合
流固耦合问题可以通过爆炸模块方便准确的进行模拟。用户可以充分利用LS-DYNA的单元库和材料库来生成复杂的结构模型，来模拟类似爆炸载荷下的武器设计、结构破坏及动态相应等流固耦合问题。
强大的后处理工程
EtaPostProcessor强大的后处理功能可以使用户比较方便地对模拟结果可视化显示，显示爆炸冲击波以及其他一些参数的时间历程关系。它的一些图形数据处理功能同样对一些数据结果进行深层次的评估。
eta/VPG3.2中，存在着用于汽车方面的前碰撞和侧碰撞假人模型及用于航空航天方面的FAA假人模型。
用于汽车方面的前碰撞假人模型包括：
1. 50%刚性假人（RIGID 50%）
2. 5%刚性假人（RIGID 5%）
3. 95%刚性假人（RIGID 95%）
4. 50％韧性假人（DEFORMABLE 50%）
5. 5%韧性假人（DEFORMABLE 5%）
6. 95%韧性假人（DEFORMABLE 95%）
用于汽车方面的侧碰撞假人模型包括：
1. ES I
2. ES II
3.ES IIre
4.SID
用于航空航天方面的假人模型为：
FAA HYBRID III
上述所有假人模型都按照相应的法则进行了模拟验证，模拟结果不但满足法则规定，而且模拟结果与实验的结果相比，吻合的很好。这里仅以50％刚性假人为例，50％刚性假人是按照FMVSS 572法规进行验证的。
假人的验证过程包括：
头部跌落验证（HEAD DROP）
从一个距水平刚性平面376毫米的高度，瞬时释放头部，让头部自由落体到水平刚性平面上，此刚性平面为610平方毫米，厚度为50.8毫米。其结果要求头部重心的加速度介于225Gs和275Gs之间。
头部跌落模型 模拟结果，实验结果及法规的比较
由结果比较图可得，头部重心点加速度峰值的模拟结果是239.2Gs，其满足FMVSS 572法规，并且模拟结果与实验结果吻合的很好。
颈部验证（NECK TESTING）
把头部和颈部装配件悬挂在一个刚性钟摆上，从一定的高度释放钟摆，要求在钟摆和蜂窝状结构物接触瞬间，对于颈部弯曲验证来说，钟摆中心线的切向速度应达到23.0ft/sec；而对于颈部伸展验证来说，钟摆中心线的切向速度应达到19.9ft/sec。
依据FMVSS 572法规，对于颈部弯曲验证来说，颈部弯矩最大值应该在88223N-mm和108582N-mm之间；而对于颈部伸展验证来说，颈部弯矩最大值应该在-52934N-mm-和80079N-mm之间。
1）颈部弯曲验证（NECK FLEXION CALIBRATION）
颈部弯曲模型 模拟结果，实验结果及法规的比较
由结果比较图可得，颈部弯曲模拟结果的最大值112606N-mm，比FMVSS 572法规稍微高了一点，但是从整体来看，模拟结果与实验结果吻合的很好。
2）颈部伸展验证 (NECK EXTENTION CALIBRATION)
颈部伸展模型 模拟结果，实验结果及法规的比较
由结果比较图可得，颈部伸展模拟结果的最大值-89850N-mm，比FMVSS 572法规稍微高了一点，但是从整来看，模拟结果与实验结果的趋势是一致的。
胸部冲击验证（THORAX IMPACT）
把假人放置在一个水平的刚性平面上，其背部和手臂部位没有任何支持，腿和手臂是水平的，胸部是垂直的。用一个质量为23.5kg直径为152.4mm的冲击件以6.7m/s的初始速度冲击假人胸部。FMVSS 572法规要求，胸部受到的最大冲击力是在5165N和5900N之间，且相对脊骨的胸骨最大偏移值应该在-63.5mm和-72.7mm之间。
胸部冲击模型 胸部受力模拟结果，实验结果及法规的比较
由结果比较图可得，胸部受力模拟结果的峰值是5558N，其满足FMVSS 572法规，并且模拟结果与实验结果吻合的很好。
由结果比较图可得，相对脊骨的胸骨最大偏移值，模拟结果是-64.6mm，其满足FMVSS 572法规，并且模拟结果与实验结果吻合的很好。
胸骨偏移模拟结果，实验结果及法规的比较
大腿骨冲击响应验证（FEMUR IMPACT RESPONSE OF LIMB）
用一个质量为4.994kg直径为76.2mm的冲击件以2103mm/s的初始速度冲击假人的膝盖，其结果要求膝盖受到的冲击力不小于4720N，且不超过5789N。
大腿骨冲击响应模型 模拟结果，实验结果及法规的比较
由结果比较图可得，对于模拟结果，大腿骨所受到的冲击力的最大值5641.7N，其满足FMVSS 572法规，并且模拟结果与实验结果吻合的很好。
臀部关节弯曲验证（HIP JOINT-FEMUR FLEXION OF LIMB）
大腿骨以弯曲的方向绕转，当绕转30度时，要求其绕转转矩不超过95009N-mm；当其绕转转矩为203591N-mm时，要求其绕转角度不小于40度，且不超过50度。
臀部关节弯曲模型 模拟结果图
由结果图可得，对于模拟结果，当绕转角为30度时，其绕转转矩为68402N-mm；当绕转转矩为203591N-mm时，其绕转角为41度，他们满足FMVSS 572法规。
安全带（SEATBELT ）
在ETA/VPG3.2中，包括如下六类安全带的创建方式：
1. DRIVER (DEFAULT)
2. PASSENGER (DEFAULT)
3. DRIVER (CONTROL LENGTH)
4. PASSENGER (CONTROL LENGTH)
5. DRIVER (PROFILE)
6. PASSENGER (PROFILE)
VPG(Virtual Proving Ground)技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。VPG软件是ETA在对各大汽车厂商(如FORD、GM、DAIMLERCHRYSLER、KIA等)近20年合作的过程中,积累了丰富的汽车业CAE技术服务经验而开发出的整车仿真软件。应用范围包括汽车碰撞及安全性分析,NVH分析,汽车耐久性分析,汽车子系统和部件分析等等。
1、 汽车碰撞及安全性分析
a）内置碰撞标准法规,包括美国的FMVSS标准和欧洲的ECE标准
b）方便的假人定位方式
c）简单的安全带生成方式
d）用户可以通过step-by-step的方式,简单方便生成乘车模型
2、 结构动力学分析
a）汽车操控性能和悬挂性能分析
b) 转向时车辆的抗侧翻能力分析
c）PG技术是汽车动力学分析最理想的仿真技术
3、 NVH分析
a） 用于评价振动噪声NVH研究中应用的轮胎库
b） 接头刚度、整车模态与刚度分析
c） 整车振动、噪音和舒适性分析
4、 汽车耐久性分析
a）VPG的路面库
b）专门用于Fatigue分析的求解器
5、 汽车子系统和部件分析
Airbag Folding
任意折叠
使用PreSys方便定义DAB的折叠。
安全气囊在塑料支架里的展开
LS-DYNA除了具有强大的结构动力分析模块外，还具有强大的流体与固体相互耦合的功能，广泛应用于各种爆炸（水下、空中、建筑物和土壤中）、气囊展开、罐内液体晃动等分析中。下面详细讨论一下LS-DYNA的各种算法以及ALE-FSI（流固耦合）功能。
图1 各类算法示意图
LS-DYNA程序具有Lagrange、Euler和ALE算法，算法示意图如图1所示：Lagrange算法的单元网格附着在材料上，随材料的流动而产生单元网格的变形。但在结构变形过于巨大时，有可能使有限元网格产生严重畸变，引起数值计算的困难，甚至程序中止计算。
ALE（Arbitrary-Lagrangian-Eulerian）算法和Euler算法可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体、固体耦合的动态分析。如图1所示，Euler算法是两层网格重叠在一起，一个是空间网格固定在空间不动，另一层附着在材料上随材料在固定的空间网格中流动，并通过下面两步实现：首先，材料网格以一个Lagrange步变形，然后Lagrange单元的状态变量被映射或输送到固定的空间网格衷曲，从而处理液体流动等大变形问题。
ALE算法也是两层网格重叠在一起，但空间网格可以在空间任意运动。算法先执行一个或几个Lagrange时步计算，此时单元网格随材料流动而产生并行，然后再执行ALE时步计算：（1）保持变形后的物体边界条件，对内部单元进行重分网格，网格的拓扑关系保持不变，称为Smooth Step；（2）将变形网格中的单元变量（密度、能量、应力张量等）和节点速度矢量输运到重分后的新网格中，称为Advection Step。用户可以选择ALE时步的开始和中止时间，以及其频率。
如图2所示的泰勒杆冲击问题，如果采用Lagrange算法，由于设计到高速冲击，在泰勒杆头部由于单元变形剧烈，很可能造成单元网格的畸变，从而造成数值计算的困难，甚至计算的中止。而采用ALE算法，由于变形过程中网格的重划分和光滑功能，使得单元变形比较光滑、均匀，避免了网格畸变的发生。
LS-DYNA还可将Euler网格与全Lagrange有限元网格方便地耦合，以处理流体与结构在各种复杂载荷下的相互作用问题，即ALE-FSI。这里FSI指Fluid-Structure Interaction，意为流固耦合。如图3所示，通常情况下，类似子弹侵彻钢板等问题，各构件宜采用Lagrange算法，比较容易获得结构变形后的破坏界面。类似炸药在水中、空气中爆炸问题，因为只涉及到各类流体物质，宜采用ALE算法求解空间某点超压问题。而类似水下爆炸对圆筒结构的破坏问题，这就需要设计流体和固体之间的相互作用问题，则需要用到ALE-FSI（流固耦合）算法。计算过程中把水、炸药、空气介质设置成ALE网格，圆筒结构设置成Lagrange网格，通过定义它们之间的流固耦合，即可解决类似水下爆炸对结构的毁伤问题了。
图4 VPG的ALE-FSI 爆炸模块
如图4所示，现在VPG 3.3程序中集成了ALE-FSI爆炸模块，它是计算涉及爆炸等军工问题的专业模块。利用这个模块CAE工作者可以比较方便处理类似爆炸载荷下的武器设计、结构破坏及动态相应等流固耦合问题，它能比较方便的进行炸药、土壤、空气、水等ALE模型的生成和网格的划分，同时也比较方便地定义ALE各种材料的材料参数、状态方程和流固耦合的定义，在这个模块下可以直接定义ALE的控制选项卡，直接输出命令文件而不需要任何修改，最后计算后还可通过ETA公司的ETA/POSTPROSESSOR软件进行后处理。
在VPG/LS-DYNA程序中ALE和Euler列式有以下功能：
1). 多物质的Euler单元，可达20种材料；
2). 若干种Smoothing算法选项；
3). 一阶和二阶精度的输运算法；
4). 空白材料； 5). Euler边界条件：滑动或附着条件；
5). 声学压力算法；
6). 与Lagrange列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合
传统算法上，LS-DYNA使用Lagrange，Euler以及ALE算法可以精确模拟高速瞬态大变形问题。多物质的ALE方法可以实现流固之间的耦合。在网格畸变处理上，LS-DYNA的Lagrange自适应网格以及重划分网格技术可以处理由于大变形引起网格畸变而引起的求解困难。Euler算法可以处理任意网格的变形，ALE算法中的Euler步可以自动优化网格。另外通过定义材料实效可以删除由于大变形引起的网格。
ALE-FSI在兵器行业的应用
常规兵器行业包括以下几类结构与产品：
坦克、装甲车辆行业，导弹设计与优化，火炮行业，轻武器行业，弹药行业和军用光电、电子行业。
常规兵器工业的发展趋势呈现以下特点：
1) 常规兵器工业将会继续进行结构调整，制造技术和加工手段将日益精良；
2) 常规兵器科研和生产领域的国际合作将不断加强，各国军品出口政策将更加灵活，世界军火市场的竞争将更加激烈
计算机辅助工程(CAE)技术，可以替代大量的传统物理试件和试验，可以帮助设计者更快捷更容易地判断兵器产品的功能、性能及各种战术指标的满足情况。CAE 也可以帮助决策者在兵器产品设计早期，依据科学预测和数值分析提高设计的决策水平和能力。通过引入CAE 技术到兵器设计中，可以获得以下效益：
1．CAE 仿真可有效缩短新产品的开发研究周期，大幅度地降低产品研发成本。因为兵器行业中弹药与目标的原尺寸实验费用昂贵，获得的实验数据十分有限有的甚至不可能进行试验。利用LS-DYNA 进行分析可以缩短研制周期节省研制经费。
2．虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数，能够精确的预测出产品的性能和战术指标，以设计出高质量的产品。军工的试验大都涉及到爆炸、冲击，而这类试验都是不可重复的，同时爆炸、冲击试验试验数据的测试非常困难，而利用CAE仿真技术，不但可重现试验现象和过程，而且比较容易得到一些试验数据，还可以解释一些试验现象；
3．可以在研制初期阶段就发现方案中可能存在的不合理现象，及早发现问题，以便及早处理；
4．各用户 ( 包括武器装备的研制部门、采购部门、训练部门和军事使用部门 ) 可在合成环境中按需要综合应用各种仿真手段进行演习、训练和试验，鉴定现有的和研制中的武器装备的性能、战术部署和后勤保障。
因此，如今在武器装备研制生产过程中，已规定将仿真系统列为必需的装备。目前军工行业较为关注如下几个方面：
（1）装甲和反装甲的优化设计
（2）高速动态载荷下材料的特性（3）地面爆炸效应，对建筑物采取防护措施，并建立风险评估
（3）防护结构在爆炸载荷下的抗爆分析
（4）内弹道仿真
（5）水下爆炸对舰船的毁伤评估（7）战斗部设计及优化
利用VPG/LS-DYNA软件的ALE-FSI（流固耦合）方法对上述几个方面都可以进行相关的数值仿真。
在eta/VPG 3.3中，包括可应用汽车及航空航天等行业中的各类假人。在此文档中我们仅以应用在航空航天中，用来测试航空座椅的FAA HYBRID III假人作为实例。FAA HYBRID III假人是依据FAA法规中用来验证航空座椅的相关规定来验证假人的。在验证过程中，座椅为刚性结构，是为了减小座椅性能的影响，如动态刚度，塑性变形等等。
FAA HYBRID III假人的动态冲击模拟是为了研究假人在冲击中的各种各样的响应。在冲击模拟中刚性座椅有两种定位，一种是60º定位，看图1；另一种是0º定位，看图2。因此，对于FAA HYBRID III假人的模拟测试即包括：2点安全带在0º模拟，2点安全带在60º模拟，3点安全带在0º模拟和4点安全带在0º模拟。在这里，我们仅以4点安全带在0º模拟为例来展示假人的验证过程，并且把得到的响应的模拟结果与实验结果进行相比较。
FAA Hybrid III假人4点安全带在0º模拟，下表概述了在模拟期间获得的FAA HYBRID III假人的各种响应。
| 头部重心合成加速度 | 胸部合成加速度 | 骨盆合成加速度 | 座椅底座合成力 | 座椅背部合成力 |
| 左膝安全带力 | 右膝安全带力 | 肩部中心安全带力 | 左腿节力 | 右腿节力 |
| 上颈部X方向力 | 上颈部Y方向力 | 上颈部Z方向力 | 上颈部X方向转矩 | 上颈部Y方向转矩 |
| 上颈部Z方向转矩 | 腰椎负载Z向力 |
下图是FAA HYBRID III假人4点安全带在0º的有限元模型和在整个模拟过程中，刚性座椅定义了加速度脉冲。
如下所示的是模拟结果和实验测试结果的响应，其中实验测试结果包括来自与HYBRID II 和FAA HYBRID III的各种响应。红色曲线代表的是FAA HYBRID III的模拟结果，蓝色和粉色代表的是FAA HYBRID III的实验测试结果，而绿色和黑色代表的是HYBRID II的实验测试结果。
这里，我们仅以头部重心合成加速度和左膝安全带力为例。
1. 头部重心合成加速度
图6显示的是头部重心合成加速度和时间的相关曲线。其模拟结果的峰值加速度是54.1Gs。
2. 左膝安全带力
图7显示的是左膝安全带力和时间的相关曲线。其模拟结果的峰值力是7590.3N。
如上所有图示显示，假人模拟测试结果和实验测试结果相吻合的很好。FAA HYBRID III假人及ETA的其他假人模型存在于ETA/VPG软件中，可一起随着假人定位工具和安全带建模工具使用。
VPG/ Prepost 是一款高效，快速生成模型的工具。使用VPG的前后处理模块可以对复杂模型进行几何处理，自动划分网格，自动生成焊点等功能：
1、完善的网格生成和有限元模型装配工具：
1）与CAD的接口：支持Rro/E,UG,CATIA,IGS,VDA.
2）高效的网格自动划分能力以及自动焊接能力
3）完美的有限元求解器接口：支持LS-DYNA,NASTRAN,MD/Nastran,
Radioss,PAMCRASH 和ABAQUS 求解器。
2、网格质量控制工具：
1) 鼠标按键控制；
2) 失败单元的节点重组；
3) 网格质量检查工具：翘曲度，雅可比，法向方向，角度，单元尺寸等；
4）穿透检查及修复；
3、拓扑网格自动生成工具：自动修复面间隙，重复面以及内孔填充。
案例1 门外板网格生成
1) VPG的自动网格生成能力
2) 零件内孔填充能力
3) 零件内部间隙填充能力
4、实体网格生成工具：支持四面体（4节点，10节点），六面体（8节点）单元类型。
案例2 曲轴实体
1）VPG实体网格生成能力
2）实体网格的生成过程
3）控制网格质量方法
5、完整的材料类型库；
VPG/Prepost可以快速方便的定义LS-DYNA的材料关键字，并赋予相关零部件。
6、材料厚度计算工具：使用一步成型法可以预测钣金成型后的厚度。
7、方便定义结构的边界条件
VPG/Prepost中可以方便的定义约束、初始条件，载荷边界等边界条件。
8、定义部件之间的接触
9、定义计算结果的输出
10、运用后处理评价分析计算结果
整车以及零部件的耐久性分析/疲劳评估
1、时域瞬态应力应变；
2、VPG疲劳分析工具包括：
1) 多种材料类型；
2) 支持用户自定义材料；
3) 支持输出结果文件，使用其他疲劳软件分析；
4)b支持系统中关键零件的耐久性分析；
5) 支持多点激励，不同载荷应力结果，使用Miner线性准则计算损伤累积。
案例：控制臂结构件疲劳分析
零件的疲劳分析步骤方法 疲劳结果寿命评估
VPG的safety模块包括一系列工具库：包括假人库，壁障库等。提供一系列碰撞设置流程向导。包括MFVSS，ECE，IIHS相关法规。
1. VPG安全模块的方便性
1) 方便模型的开发更新
2) 兼容的模型和分析流程
3) 减少建模工作量，节省时间；
4) 可以实现碰撞和行人保护仿真
2. 碰撞工具库
1) 假人库：包括SID和EUROSID 假人模型，hybrid Ⅲ 假人模型
2) 壁障：FMVSS/ECE 侧撞壁障，0度前撞刚性墙，30前撞刚性墙，偏置前撞壁障，后撞壁障。
3. 车辆碰撞方法
1) MVSS美国规则： 侧门侵入量，0度/30度刚性墙，车顶压溃，70％变形壁后撞。
2) ECE欧洲法规：40％偏置前撞，后撞。
3) 保险公司法规要求。刚性柱前撞，刚性柱侧撞等。
4. 行人保护设置
1) 自由无约束头撞
2) 安全带约束保护
3) 儿童约束系统保护
4) 台车测试
5) 膝盖挡板测试
6) 方向盘控制系统测试
7) 行李箱测试
8）安全带测试
9）行李箱侵入测试
10）方向盘测试
5. 气囊的折叠
1) 提供典型的气囊折叠类型
2) 折叠过程可以被保存，可以使用相同的折叠方法重复折叠。
3) 包括滚动，螺旋等折叠方法。