CN101916322A - 基于cae结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，包括步骤：从车身总布置以及造型处获得设计输入条件；通过建模软件创建CAD模型；将CAD模型进行网格划分；模拟实际情况创建连接关系；模拟车门总成实际实验时的边界约束条件；将最后生成的有限元模型进行求解分析；将有限元仿真运算得出的结果与行业标准进行比较；若得出的结论低于行业标准，则提出结构优化方案；若得出的结论高于行业标准，完成最终设计输出。本发明不但提高了验证的准确性而且大大的缩短了整个修改零件的周期，从而缩短了整车开发的时间。通过设计初期的CAE分析能及时的更正结构的错误，降低整车开发的成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车门下垂问题的优化设计方法，更具体地说，涉及一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法。
背景技术
车门是车身的重要组成部分，与车身一起构成乘员的乘坐空间，具有足够大的强度和刚度是一款合格的车门所必备的条件。车门下垂、刚度不足及残余变形过大就会造成漏风、渗水、汽车行驶过程中车门振动等，严重时甚至会导致车门无法关闭。所以在设计初期对车门刚度及残余变形进行检验是极其必要的。
目前，最普遍的车门下垂刚度及残余变形的检验方法是在生产出样车之后，通过实验逐步的验证、评价、修改优化设计、重新生产零件、再通过实验做进一步的检验。
这样的检验方法，不但对实验人员操作规范有相当高的要求，同时又要不断的重新试制更新零件，这样无形之间延长了整车的开发周期，而且还增加了开发成本，造成了不必要的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，以能够及时的更正结构的错误，降低整车开发的成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，包括下列步骤：
a)从车身总布置以及造型处获得设计输入条件；
b)根据设计输入条件对车门总成的各零部件及附件进行初步的结构设计，同时通过建模软件创建CAD模型；
c)将车门总成各零部件及附件的CAD模型导入CAE前处理软件中进行网格划分；
d)在CAE前处理软件中模拟实际情况在各零部件及附件的网格之间创建连接关系；
e)在CAE前处理软件中模拟车门总成实际实验时的边界约束条件；
f)将在CAE前处理软件中最后生成的有限元模型导入求解软件进行求解分析；
g)将有限元仿真运算得出的结果与行业标准进行比较；
h)若步骤g)得出的结论低于行业标准，则提出结构优化方案，并且根据结构优化方案更新模型数据后返回步骤b)；若步骤g)得出的结论高于行业标准，完成最终设计输出。
优选的，在上述优化设计方法中，所述建模软件为CATIA建模软件。
优选的，在上述优化设计方法中，所述CAE前处理软件为Hypermesh软件。
优选的，在上述优化设计方法中，步骤e)中的所述边界约束条件具体为车门总成实际实验时的载荷以及一些部件的自由度。
优选的，在上述优化设计方法中，所述步骤f)中的求解软件具体为ABAQUS或nastran软件。
从上述的技术方案可以看出，本发明和现有技术相比的优点是：在车门设计的初期采用CAE仿真结构分析取代了传统的实验验证校核刚度的计算方法，这样不但提高了验证的准确性而且大大的缩短了整个修改零件的周期，从而缩短了整车开发的时间。通过设计初期的CAE分析能及时的更正结构的错误，降低整车开发的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的车门总成在开启角度为15度工况下的CAD模型的示意图；
图3为本发明实施例提供的车门总成在开启角度为68度工况下的CAD模型的示意图；
图4为本发明实施例所提供的车门总成的网格单元的示意图；
图5为本发明实施例所提供的车门总成在开启角度为15度工况下的边界条件的示意图；
图6为本发明实施例所提供的车门总成在开启角度为68度工况下的边界条件的示意图；
图7为本发明实施例所提供的车门总成在开启角度为15度工况下计算所得的位移云图；
图8为本发明实施例所提供的车门总成在开启角度为68度工况下计算所得的位移云图；
图9为本发明实施例所提供的车门总成处于开启15度工况时的三种工步的位移图；
图10为本发明实施例所提供的车门总成处于开启68度工况时的三种工步的位移图；
图11为本发明实施例所提供的两种工况三种工步分析所产生的详细结果框图；
图12为欧洲美国以及我国关于车门下垂量以及残余变形位移量的评判标准的示意图；
图13为本发明实施例所提供的车门经过结构优化后的结论的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，以能够及时的更正结构的错误，降低整车开发的成本。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法的流程图。
本发明提供的基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，包括下列步骤：
101：设计输入；
从车身总布置以及造型处获得设计输入条件。
102：CAD建模；
根据步骤101得到的设计输入条件对车门总成的各零部件及附件进行初步的结构设计同时通过建模软件创建CAD模型。本发明实施例使用的是CATIA建模软件，当然也可以用其他建模软件，只要可以创建出CAD模型即刻。
103：网格划分；
将车门总成的各零部件及附件的CAD模型导入CAE前处理软件中进行网格划分。本发明实施例使用的是Hypermesh(CAE前处理软件)，当然也可以用其他CAE前处理软件，只要可以将CAD模型进行网格划分。
104：创建连接方式；
在Hypermesh中模拟实际情况在各零部件及附件的网格之间创建连接关系，从而使所有网格形成一个车门总成的总网格。
105：约束边界条件；
在Hyermesh中模拟实际实验时的情况对车门总成网格施加载荷以及限制一些部件的自由度，即约束边界条件。
106：分析求解；
将在Hyermesh中最后生成的有限元模型导入求解软件进行求解分析。本发明提供的求解软件可以为ABAQUS或nastran求解软件，当然也可以为其他的求解软件。
107：判断是否符合行业标准；
将有限元仿真运算得出的结果与行业标准进行比较，并判断是否符合行业标准。
108：提出结构优化方案；
若步骤107得出的结论低于行业标准，则提出结构优化方案，并且根据结构优化方案更新模型数据后返回步骤102，重新建模，并且进行CAE分析处理。
109：设计输出；
若步骤107得出的结论高于或等于行业标准，则说明车门总成的结构设计符合要求，完成最终设计输出。
综上所述，本发明在车门设计的初期采用CAE仿真结构分析取代了传统的实验验证校核刚度的计算方法，这样不但提高了验证的准确性而且大大的缩短了整个修改零件的周期，从而缩短了整车开发的时间。通过设计初期的CAE分析能及时的更正结构的错误，降低整车开发的成本。
下面以某一款汽车车门总成为例，并通过附图介绍本发明的方法对其下垂刚度以及残余变形，进行CAE仿真分析结构优化设计的过程。
如图2和图3所示，从车身总布置和造型处获得设计输入条件后即可根据输入条件建立车门总成分别处于打开15度和68度的工况时的CAD模型。
如图4所示，将完成的CAD模型导入有限元前处理软件Hypermesh完成模拟真实情况的网格划分工作，车门内外板使用共节点的方式模拟包边，各焊接零件之间才用CWELD(连接两个曲面片或点的焊接或扣接件)单元连接的方式模拟焊点连接的情况，螺栓连接的部件采用RBE2在中心建立刚性连接。
如图5和图6所示，完成网格划分和连接后，在Hypermesh中约束图中深色圆点的所有自由度，随后在两种工况下分为三个工步分别为：(1)在车门总成上施加模拟实际车门总成本身重力的均布载荷；(2)1分钟后，在门锁加强板处逐渐施加1000N的集中载荷；(3)1分钟后撤去集中载荷保留均布载荷。
如图7和图8所示，将在Hypermesh中完成的CAE前处理文件导入到求解器ABAQUS中进行求解后得到两种工况时受到集中载荷时的位移云图。
如图9-图11所示，在分别求解得到两种工况三种工步的位移云图之后将结果导入EXCEL绘制生成折线图，其中，图9为车门总成处于开启15度工况时的三种工步的位移图，d1为工步(1)、d2为工步(2)、d3为工步(3)；图10为车门总成处于开启68度工况时的三种工步的位移图；图11为两种工况三种工步分析所产生的详细结果，其中δ为撤去工步(2)集中载荷后车门总成所产生的塑性形变、即残余变形。
如图12所示，分别将加载和时的最大位移d2和残余位移δ的值与我国行业标准相比较，通过比较发现当次车门总成处于车门开启68度工况时，不符合我国标准，需要优化结构设计。根据经验提出以下5种改进方案：方案1，A柱加强板厚度从1.0mm增到1.5mm。方案2，A柱加强板厚度从1.0mm增到2mm。方案3，铰链改成刚体进行分析。方案4，车门内螺母板改成扩大的加强板。方案5，车门内螺母板改成扩大的加强板，同时A柱加强板厚度从1.0mm增到1.2mm。
如图13所示根据5种优化方案分别更新零件后重新进行CAE分析最后的到结果列入表中。从分析的结果来看方案2可行。最终设计采取方案2将A柱加强板厚度从1.0mm增到2mm。
最后车门总成下垂刚度以及残余变形均符合我国行业标准，完成设计输出。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种基于CAE结构分析的汽车车门下垂问题的优化设计方法，其特征在于，包括步骤：
a)从车身总布置以及造型处获得设计输入条件；
b)根据设计输入条件对车门总成的各零部件及附件进行初步的结构设计，同时通过建模软件创建CAD模型；
c)将车门总成各零部件及附件的CAD模型导入CAE前处理软件中进行网格划分；
d)在CAE前处理软件中模拟实际情况在各零部件及附件的网格之间创建连接关系；
e)在CAE前处理软件中模拟车门总成实际实验时的边界约束条件；
f)将在CAE前处理软件中最后生成的有限元模型导入求解软件进行求解分析；
g)将有限元仿真运算得出的结果与行业标准进行比较；
h)若步骤g)得出的结论低于行业标准，则提出结构优化方案，并且根据结构优化方案更新模型数据后返回步骤b)；若步骤g)得出的结论高于行业标准，完成最终设计输出。
2.如权利要求1所述的优化设计方法，其特征在于，所述建模软件为CATIA建模软件。
3.如权利要求1所述的优化设计方法，其特征在于，所述CAE前处理软件为Hypermesh软件。
4.如权利要求1所述的优化设计方法，其特征在于，步骤e)中的所述边界约束条件具体为车门总成实际实验时的载荷以及一些部件的自由度。
5.如权利要求1所述的优化设计方法，其特征在于，所述步骤f)中的求解软件具体为ABAQUS或nastran软件。
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