CN102012958A - 一种用于车身结构布置的设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于车身结构布置的设计方法，步骤为：1)新车型基本参数初始设定；2)从数据库中选取结构与尺寸相类似的白车身有限元模型，或者直接建立白车身有限元模型；3)根据白车身有限元模型生成网格包络面模型；4)根据网格包络面模型，生成体网格模型；5)根据目标参数在体网格模型基础上，进行拓扑优化分析；6)根据分析结果，提取车身材料布置图；7)根据布置图进行概念设计；8)根据概念设计的数据进行布置结构详细设计；并根据布置结构详细设计的数据，进行强度、NVH、碰撞性能CAE仿真分析以及成型性工艺分析，进行修改，得到可用于批量生产的三维数字化产品模型。本车身结构布置开发周期缩短和研发费用将低。
Description
技术领域
本发明涉及应用于汽车设计领域的计算机辅助设计技术，尤其是涉及一种车身结构布置应用CAE软件平台的计算机辅助设计的方法。
背景技术
汽车企业的竞争越来越激烈，汽车更新换代的速度越来越快，即汽车的研发周期要求就越来越短，研发周期和研发成本对汽车市场越来越重要。
传统的车身结构布置主要是在确定造型及开启件等的基础上，根据经验以及参考车型等进行进一步的布置，得不到多种布置方案数据的对比分析结果，以及不能进行模拟和仿真得到最佳的方案。在某些结构件的布置上，很难在较短时间、较短分析轮次中确定出合适的布置方案。
车身结构的布置形式，对其性能的影响相当大。如果在结构布置设计的初期，根据相关性能要求，对结构布置进行优化设计，将对后期的设计分析提供便利，减少设计更改及返工，缩短研发周期和研发成本。如中国专利200610117736.2一种高强度输送带扣的设计方法，涉及计算机辅助设计技术领域；设计方法的步骤为：1)在CAD软硬件平台上建立输送带扣的三维数字化模型，进行产品结构的第一轮设计和工艺、工序计算分析；2)将第一轮设计的带扣三维数字化模型直接输入CAE软件进行有限元网格划分、建立载荷模型、边界条件、强度分析、可成型性分析和缺陷成因分析，对比原产品的性能指标，修改第一轮设计的产品结构，再进行CAE分析，直到得到符合设计条件的第二轮产品结构；3)用相应的材料在材料成型试验机上对产品关键工序进行成型性能分析，对试件作切片微观金相分析，并与CAE的结果对比，根据分析结果对试件结构修改，得到可以批量生产的三维数字化产品模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于车身结构布置的设计方法，解决前期车身结构布置开发时间长和研发费用高，很多性能指标数据只能靠设计人员的经验推断，准确性差，并且前期不能得到多种布置方案数据的比较结果的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于车身结构布置的设计方法，采用CAE软件，包括如下步骤：
1)新车型基本参数初始设定，包括尺寸、车型款式以及性能参数；
2)从有限元数据库中选取结构与尺寸相类似的白车身有限元模型，或者根据参考车型直接建立白车身有限元模型；
3)根据白车身有限元模型生成有限元网格包络面模型；
4)根据有限元网格包络面模型，生成有限元体网格模型；
5)根据拓扑优化的要求以及初始设定的基本参数，在有限元体网格模型的基础上，建立设计变量、优化目标、优化约束、边界条件，进行拓扑优化分析；
6)根据拓扑优化分析结果，提取车身材料布置图；
7)根据车身材料布置图，结合参考车型以及设计经验参数，对车身结构的拓扑布置进行概念设计，并对概念模型进行白车身的模态刚度基本性能的验证；
8)根据拓扑布置进行概念设计的数据进行布置结构的详细设计；并根据布置结构详细设计的数据，进行强度、NVH、碰撞性能CAE仿真分析以及成型性工艺分析，根据分析对设计数据进行修改，得到可用于批量生产的三维数字化产品模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤3)包括：
将上述步骤2)中的白车身模型在CAE软件DepMeshWorks中，抽取白车身的网格包络面，形成有限元网格包络面模型；
设计方法的步骤4)包括：
将上述有限元网格包络面模型在CAE软件HyperMesh中，根据包络面模型生成有限元体网格模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤5)包括：
①利用HyperMesh软件中的Analysis模块，在有限元体网格模型基础上定义白车身的载荷、边界条件，建立工况模型，选择白车身材料的力学参数；
②利用HyperMesh软件中的Analysis模块，根据初始设定的参数要求，定义设计变量、响应函数、优化目标以及优化约束，选择适当的拓扑优化参数进行计算；分析优化目标以及约束的完成情况。
进一步的，所述的设计方法的步骤6)包括：
根据上述步骤5)，将计算结果在HyperMesh软件POST模块中进行光顺化处理以及显示模式的调整，将处理后的车身材料布置图转换成CATIA设计软件可以读取的IGES几何模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤7)包括：
①根据上述步骤6)给出的材料布置拓扑几何模型，结合设计经验参数以及参考车型的结构布置、造型要求，利用CATIA软件对白车身框架进行概念设计；
②将白车身概念模型直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
③在CAE软件HyperMesh中建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
④在CAE软件HyperMesh中对模型进行模态刚度等数值分析，对比产品性能要求指标；
根据分析结果对概念模型进行修改；修改之后的模型重复上述②、③、④分步骤进行，直到得到满足设计要求的第一轮产品结构。
进一步的，所述的设计方法的步骤8)包括：
①利用CATIA软件，根据拓扑布置概念设计的数据进行布置结构详细设计；
②将布置结构详细设计的数据直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
③在CAE软件HyperMesh中，建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
④在CAE软件HyperMesh中，根据不同性能要求，对白车身进行强度、NVH、碰撞安全等各项性能的CAE分析于优化，并将分析结果与初始设定性能指标进行对比；
修改设计产品的局部结构，重复上述①、②、③、④分步骤，直到得到满足设计要求的第二轮产品结构，整理并完成可用于开模进行产品试装的白车身三维数字化产品设计。
本发明的有益效果：由于在概念设计前期，采用数据库中现有的白车身模型或者竞争车的白车身模型进行材料传递路径分析，获取材料的最佳分布，在其基础上结合经验以及参考产品进行概念设计。由于上述白车身材料布置的传递路径分析主要利用CAE分析完成，需要的时间比较短；同时材料的结构布置图对保证白车身的基本结构刚度具有很大的指导作用。从而使车身结构布置开发周期缩短和研发费用将低，前期就能通过软件成型模拟和计算得到多种布置方案的比较结果，得到准确的性能数据，形成最佳的结构布置图。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为用于车身结构布置的设计方法构造示意图。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种用于车身结构布置的设计方法，包括如下步骤：
1)新车型基本参数初始设定，包括尺寸、车型款式以及性能参数；
2)从企业建立的有限元数据库中选取结构与尺寸相类似的白车身有限元模型，或者根据参考车型直接建立白车身有限元模型；
3)根据白车身有限元模型生成有限元网格包络面模型；
4)根据有限元网格包络面模型，生成有限元体网格模型；
5)根据拓扑优化的要求以及初始设定的基本参数，在有限元体网格模型的基础上，建立设计变量、优化目标、优化约束、边界条件，进行拓扑优化分析；
6)根据拓扑优化分析结果，提取车身材料布置图；
7)根据车身材料布置图，结合参考车型以及设计经验参数，对车身结构的拓扑布置进行概念设计，并对概念模型进行白车身的模态刚度基本性能的验证；
8)根据拓扑布置进行概念设计的数据进行布置结构的详细设计；并根据布置结构详细设计的数据，进行强度、NVH、碰撞性能CAE仿真分析以及成型性工艺分析，根据分析对设计数据进行修改，得到可用于批量生产的三维数字化产品模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤3)包括：
将上述步骤2)中的白车身模型在商业CAE软件DepMeshWorks中，抽取白车身的网格包络面，形成有限元网格包络面模型，该网格包络面将整个白车身包囊在内；
所述的设计方法的步骤4)包括：
将上述有限元网格包络面模型在商业CAE软件HyperMesh中，根据包络面模型生成有限元体网格模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤5)包括：
①利用商业HyperMesh软件中的Analysis模块，在有限元体网格模型基础上定义白车身的载荷、边界条件，建立工况模型，选择白车身材料的力学参数；
②利用商业HyperMesh软件中的Analysis模块，根据初始设定的参数要求，定义设计变量、响应函数、优化目标以及优化约束，选择适当的拓扑优化参数进行计算；分析优化目标以及约束的完成情况。
进一步的，所述的设计方法的步骤6)包括：
根据上述步骤5)，将计算结果在商业HyperMesh软件POST模块中进行光顺化处理以及显示模式的调整，将处理后的车身材料布置图转换成CATIA设计软件可以读取的IGES几何模型。
进一步的，所述的设计方法的步骤7)包括：
①根据上述步骤6)给出的材料布置拓扑几何模型，结合设计经验参数以及参考车型的结构布置、造型要求，利用CATIA软件对白车身框架进行概念设计；
②将白车身概念模型直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
③在CAE软件HyperMesh中建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
④在CAE软件HyperMesh中对模型进行模态刚度等数值分析，对比产品性能要求指标；
根据分析结果对概念模型进行修改；修改之后的模型重复上述②、③、④分步骤进行，直到得到满足设计要求的第一轮产品结构。
进一步的，所述的设计方法的步骤8)包括：
①利用商业CATIA软件，根据拓扑布置概念设计的数据进行布置结构详细设计；
②将布置结构详细设计的数据直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
③在CAE软件HyperMesh中，建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
④在CAE软件HyperMesh中，根据不同性能要求，对白车身进行强度、NVH、碰撞安全等各项性能的CAE分析于优化，并将分析结果与初始设定性能指标进行对比；
修改设计产品的局部结构，重复上述①、②、③、④分步骤，直到得到满足设计要求的第二轮产品结构，整理并完成可用于开模进行产品试装的白车身三维数字化产品设计。
利用本发明中的车身结构布置的设计方法可以使车身结构布置开发周期缩短和研发费用将低，前期就能通过软件成型模拟和计算得到多种布置方案的比较结果，得到准确的性能数据，形成最佳的结构布置图，最终完成可用于开模进行产品试装的白车身三维数字化产品模型。
Claims (6)
1.一种用于车身结构布置的设计方法，包括如下步骤：
1)新车型基本参数初始设定，包括尺寸、车型款式以及性能参数；
2)从有限元数据库中选取结构与尺寸相类似的白车身有限元模型，或者根据参考车型直接建立白车身有限元模型；
3)根据白车身有限元模型生成有限元网格包络面模型；
4)根据有限元网格包络面模型，生成有限元体网格模型；
5)根据拓扑优化的要求以及初始设定的基本参数，在有限元体网格模型的基础上，建立设计变量、优化目标、优化约束、边界条件，进行拓扑优化分析；
6)根据拓扑优化分析结果，提取车身材料布置图；
7)根据车身材料布置图，结合参考车型以及设计经验参数，对车身结构的拓扑布置进行概念设计，并对概念模型进行白车身的模态刚度基本性能的验证；
8)根据拓扑布置进行概念设计的数据进行布置结构的详细设计；并根据布置结构详细设计的数据，进行强度、NVH、碰撞性能CAE仿真分析以及成型性工艺分析，根据分析对设计数据进行修改，得到可用于批量生产的三维数字化产品模型。
2.如权利要求1所述的用于车身结构布置的设计方法，其特征在于：
所述的步骤3)包括：将上述步骤2)中的白车身模型在CAE软件DepMeshWorks中，抽取白车身的网格包络面，形成有限元网格包络面模型；
所述的步骤4)包括：将上述有限元网格包络面模型在CAE软件HyperMesh中，根据包络面模型生成有限元体网格模型。
3.如权利要求1所述的用于车身结构布置的设计方法，其特征在于：所述的步骤5)包括：
a)利用HyperMesh软件中的Analysis模块，在有限元体网格模型基础上定义白车身的载荷、边界条件，建立工况模型，选择白车身材料的力学参数；
b)利用HyperMesh软件中的Analysis模块，根据初始设定的参数要求，定义设计变量、响应函数、优化目标以及优化约束，选择适当的拓扑优化参数进行计算；分析优化目标以及约束的完成情况。
4.如权利要求1所述的用于车身结构布置的设计方法，其特征在于：所述的步骤6)包括：
a)根据上述步骤5)，将计算结果在HyperMesh软件POST模块中进行光顺化处理以及显示模式的调整，将处理后的车身材料布置图转换成CATIA设计软件可以读取的IGES几何模型。
5.如权利要求1所述的用于车身结构布置的设计方法，其特征在于：所述的步骤7)包括：
a)根据上述步骤6)给出的材料布置拓扑几何模型，结合设计经验参数以及参考车型的结构布置、造型要求，利用CATIA软件对白车身框架进行概念设计；
b)将白车身概念模型直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
c)在CAE软件HyperMesh中建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
d)在CAE软件HyperMesh中对模型进行模态刚度等数值分析，对比产品性能要求指标；
根据分析结果对概念模型进行修改；修改之后的模型重复上述b)、c)、d)分步骤进行，直到得到满足设计要求的第一轮产品结构。
6.如权利要求1所述的用于车身结构布置的设计方法，其特征在于：所述的步骤8)包括：
a)利用CATIA软件，根据拓扑布置概念设计的数据进行布置结构详细设计；
b)将布置结构详细设计的数据直接输入到CAE软件HyperMesh中，进行有限元网格划分，定义零件属性；
c)在CAE软件HyperMesh中，建立白车身载荷模型、边界条件以及工况，选择白车身材料的力学模型；
d)在CAE软件HyperMesh中，根据不同性能要求，对白车身进行强度、NVH、碰撞安全等各项性能的CAE分析于优化，并将分析结果与初始设定性能指标进行对比；
修改设计产品的局部结构，重复上述a)、b)、c)、d)分步骤，直到得到满足设计要求的第二轮产品结构，整理并完成可用于开模进行产品试装的白车身三维数字化产品设计。
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