CN103177138A - 翻边有限元建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻边有限元建模方法，包括对翻边的内边缘进行有限元建模，得到内边缘网格；对翻边的外边缘进行有限元建模，得到第一层外边缘网格和第二层外边缘网格；对翻边的外边缘折弯处进行有限元建模，得到折弯单元，以及对内边缘和外边缘之间的折边胶进行有限元建模，得到折边胶单元。通过本发明可以更准确地反映翻边的真实结构，并为优化改进翻边提供更可靠支持。

Description

翻边有限元建模方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助工程领域，特别涉及一种基于汽车结构耐久分析的覆盖件翻边有限元建模方法。

背景技术

经过近百年的发展，翻边技术已在汽车覆盖件上得到了广泛的应用。翻边这一术语在这里指的是在覆盖件边缘处将外板翻折，覆盖在内板上，并用折边胶将其粘结在内板上。有些高档车甚至在局部布置焊点以加强连接。使用这种技术，不仅使得了覆盖件的边缘更加美观，而且能够提升客户对产品的感知质量，所以目前几乎在所有的车型上都应用了这种技术。

随着电脑软硬件技术日新月异的发展，计算机辅助工程（CAE）技术越来越得到各大汽车整车企业和汽车零部件企业的重视。CAE技术不仅能够在产品开发初期就对产品性能进行虚拟评估，更能够与物理验证相配合，大大缩减产品开发周期，从而节省大量开发成本。为了精确模拟覆盖件翻边在物理试验（如静刚度试验、抗凹性试验等）中的力学行为进而得到精确的CAE仿真结果，对翻边的模拟非常重要，因为它影响着物理试验中力或力矩在覆盖件总成中的传递，甚至会影响到整体的变形。

现有的翻边有限元模型，基本上可以分为两大类。第一类翻边的模拟技术是把翻边的厚度定义为外板和内板的厚度之和，并为其单独定义相关属性，同时在最外边缘位置处，对翻边单元的节点和外板单元的节点进行融合，以此来模拟翻边的折弯部分，如图1所示。第二类翻边的模拟技术同样定义翻边的厚度为外板和内板的厚度之和，并为其单独定义了属性，但在最外边缘折弯处，单元的节点之间并没有进行简单的融合，而是用刚性一维单元进行相互间的连接，如图2所示。

上述第一类翻边模拟技术的建模方法简单，对网格的划分没有特殊要求，但是不能准确模拟出翻边折弯处的作用，也没有办法模拟出内、外板翻边之间折边胶的连接作用，因此模拟的效果比较粗糙。

与第一类翻边的建模方法相比，第二类翻边的模拟技术有了一定的改善，能够有效的模拟了外板翻边的折弯作用，但仍没法模拟出内、外板翻边之间折边胶的连接作用，对二维网格也没有特别的要求，建模要求也相对粗糙。因此，需要找到一种更精确的覆盖件翻边模拟技术，可以适用于汽车结构耐久仿真。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种翻边有限元建模方法，所述翻边是覆盖件边缘的外板翻折后覆盖在内板上的结构，所述方法包括：对翻边的内边缘进行有限元建模，得到内边缘网格；对翻边的外边缘进行有限元建模，包括；将所述内边缘网格沿法向偏移得到第一层外边缘网格；用同样的偏移量沿法向反向偏移所述内边缘网格，得到第二层外边缘网格；以及为第一层外边缘和第二层外边缘创建材料和属性，并将所创建的材料和属性赋给第一层外边缘和第二层外边缘，对翻边的外边缘折弯处进行有限元建模，得到折弯单元；以及对内边缘和外边缘之间的折边胶进行有限元建模，得到折边胶单元，所述内边缘网格、所述第一层外边缘网格、所述第二层外边缘网格、所述折弯单元和所述折边胶单元构成翻边模型。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中覆盖件是汽车发动机罩盖，所述翻边有限元建模方法包括将所述翻边模型移入汽车发动机罩盖模型。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中对翻边的内边缘进行有限元建模包括：抽取内边缘几何中面；划分内边缘网格；以及优化内边缘网格。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中在将所述内边缘网格沿法向偏移得到第一层外边缘网格的步骤中，偏移量为内板和外板厚度之和的一半。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中对翻边的外边缘进行有限元建模的步骤还包括检查偏移所得外边缘网格的位置以确保其与几何位置一致；以及同时检查外边缘网格的节点以确保其与内边缘网格节点一一对应。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中折弯单元是一一连接第一层外边缘网络和第二层外边缘网络的外节点的刚性一维单元。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中折边胶单元是一一连接第二层外边缘网格的内侧节点与所对应的内边缘网格的节点的刚性一维单元。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中划分内边缘网格的步骤包括布置两排网格。

根据本发明的翻边有限元建模方法，其中将所述翻边模型移入汽车发动机罩盖模型的步骤包括采用节点融合来将连接翻边结构和汽车发动机罩盖的其它部分。

本发明提出了一种翻边有限元建模方法，所述翻边是覆盖件边缘的外板翻折后覆盖在内板上的结构，所述方法包括：对翻边的内边缘进行有限元建模，得到内边缘网格；对翻边的外边缘进行有限元建模，得到外边缘网格； 对翻边的外边缘折弯处进行有限元建模，得到折弯单元；以及对内边缘和外边缘之间的折边胶进行有限元建模，得到折边胶单元，所述内边缘网格、所述外边缘网格、所述折弯单元和所述折边胶单元构成翻边模型。

附图说明

为便于理解，下面参照附图通过非限定性例子来描述本发明的实施例。图中： 

图1示出了一种现有的翻边有限元模型：

图2示出了另一种现有的翻边有限元模型；

图3示出了根据本发明的翻边有限元模型。

具体实施方式

下面结合附图3以针对发动机罩盖的翻边的描述对本发明的实施例作详细说明。需要注意的是，实施例中具体描述的特征不应都被理解为对实现本发明是必要的或者唯一的特征，本领域的人员能够理解这些特征可能是示例性的而非限定性的。

根据本发明的整个翻边结构可用四个组件模拟，即第一层外边缘、第二层外边缘、内边缘及一维刚性单元。设内板厚度为0.7mm，外板厚度为0.8mm。具体如下：

第一步：发盖（即发动机罩盖）内边缘的建模，其可以包括：

a、内板翻边几何中面的抽取：根据几何特征及几何处理模块，将内边缘从整个内板几何上分离出来，抽取内边缘几何的中面，并对所得中面进行恰当的前处理； 

b、内边缘网格划分：在内边缘几何中面上，按要求进行网格的划分，若边缘宽度足够大，也可以布置两排网格；

c、内边缘网格优化：对划分好的网格进行质量检查并优化，要求网格大小均匀，网格边线尽可能圆滑，网格形状尽可能为四边形单元，同时不要出现包括翘曲在内的任何容易造成计算误差的网格特征；

d、内边缘材料与属性的定义：根据设计状态为内边缘创建材料和属性，并将所创建的材料和属性赋给内边缘。本案例中发盖使用的是钢制内板，内板厚度为0.7mm。根据这些信息为内边缘创建材料和属性，并赋予本步骤中创建的内边缘组件，单元类型为二维单元。

上述内边缘几何中面抽取模块、网格划分及优化模块、内边缘材料和属性的定义并赋予模块均可采用现有成熟的商业化前处理软件得以实现。

第二步：发盖外边缘的建模，其可以包括：

a、创建新的组件：创建新的组件，并命名为第一层外边缘，用以存放与外板节点融合的外边缘网格；

b、内边缘网格的偏移：将第一步所得的内边缘二维单元沿法向偏移（element offset），同时保留原有网格在原先的内边缘组件中，并将偏移所得网格放入新创建的第一层外边缘组件中；网格偏移量为内、外板厚度之和的一半，以确保外板翻边的位置与外板几何的中面位置保持一致。本例中外板厚度为0.8mm，内板厚度为0.7mm，故网格沿内板法向的偏移量为0.75mm；

c、用同样的方法沿法向反向偏移内边缘网格，偏移量同样为0.75mm，得到另外一层外边缘网格，为所得的网格新创建一个组件，并命名为第二层外边缘；

d、外边缘网格的检查：检查偏移所得外边缘网格的位置，确保其与几何位置一致；同时检查其节点，确保其与内边缘网格节点一一对应；

e、外边缘材料与属性的定义：根据设计状态为外边缘创建材料和属性，并将所创建的材料和属性赋给外边缘。本案例使用的是钢制外板，外板厚度为0.8mm，根据这些信息为外边缘创建材料和属性，并赋予本步骤中创建的两个外边缘组件。单元类型同样设置为二维单元。

第三步：发盖外边缘折弯处的建模

在两层外边缘网格的外节点之间，用刚性一维单元一一连接，所得单元可用于模拟外板翻边折弯处的连接。

第四步：内、外边缘之间折边胶的建模

在第二层外边缘网格的内侧，在其节点与所对应的内边缘网格的节点之间，同样用刚性一维单元一一连接，所得一维单元可用于模拟内、外边缘之间折边胶的连接作用。由第三步及第四步创建的一维刚性单元，可放入同一个组件。至此，由两层外边缘网格、一层内边缘网格及两排刚性一维单元组成的发盖翻边结构基本完成。

第五步：将所建立的由三层网格组成的翻边结构模型移入发盖整体结构分析有限元计算模型中，通过节点融合的手段，保证翻边结构中的内边缘、第一层外边缘与发盖内、外板之间的有效连接，最终可获得正确的发盖模型。通过边界条件的设置、载荷的施加以及计算卡片的调整，经过有关有限元求解软件的分析计算，可获得发盖的扭转刚度性能，进而辅助汽车设计工程师快速、准确地评估发盖的结构性能。

分别采用本发明的建模方式以及前述2种现有技术中的建模方式对翻边进行建模，在此基础上对发盖的扭转刚度性能进行分析，并将其结果与已有的试验结果进行对比后发现，采用本发明的翻边建模方式获得的结果与试验结果最接近，分析精度至少能提高5～10％。

由于本发明采用三层二维单元及两排刚性一维单元的组合来模拟车身外覆盖件的翻边结构，比已往所有建模方式更准确地反应了真实结构，所以使用本发明的建模方式能够提供更精确的有限元模型，从而准确地模拟出发盖的结构耐久性能，为其进一步的优化改进提供更可靠的有限元分析支持。

上文参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种翻边有限元建模方法，所述翻边是覆盖件边缘的外板翻折后覆盖在内板上的结构，所述方法包括：

对翻边的内边缘进行有限元建模，得到内边缘网格；

对翻边的外边缘进行有限元建模，包括：

将所述内边缘网格沿法向偏移得到第一层外边缘网格；

用同样的偏移量沿法向反向偏移所述内边缘网格，得到第二层外边缘网格；以及

为第一层外边缘和第二层外边缘创建材料和属性，并将所创建的材料和属性赋给第一层外边缘和第二层外边缘，

对翻边的外边缘折弯处进行有限元建模，得到折弯单元；以及

对内边缘和外边缘之间的折边胶进行有限元建模，得到折边胶单元，

所述内边缘网格、所述第一层外边缘网格、所述第二层外边缘网格、所述折弯单元和所述折边胶单元构成翻边模型。

2.如权利要求1所述的翻边有限元建模方法，其中覆盖件是汽车发动机罩盖，所述翻边有限元建模方法包括将所述翻边模型移入汽车发动机罩盖模型。

3.如权利要求1或2所述的翻边有限元建模方法，其中对翻边的内边缘进行有限元建模包括：

抽取内边缘几何中面；

划分内边缘网格；以及

优化内边缘网格。

4.如权利要求1或2所述的翻边有限元建模方法，其中在将所述内边缘网格沿法向偏移得到第一层外边缘网格的步骤中，偏移量为内板和外板厚度之和的一半。

5.如权利要求1或2所述的翻边有限元建模方法，其中对翻边的外边缘进行有限元建模的步骤还包括检查偏移所得外边缘网格的位置以确保其与几何位置一致；以及同时检查外边缘网格的节点以确保其与内边缘网格节点一一对应。

6.如权利要求1或2所述的翻边有限元建模方法，其中折弯单元是一一连接第一层外边缘网络和第二层外边缘网络的外节点的刚性一维单元。

7.如权利要求1或2所述的翻边有限元建模方法，其中折边胶单元是一一连接第二层外边缘网格的内侧节点与所对应的内边缘网格的节点的刚性一维单元。

8.如权利要求3所述的翻边有限元建模方法，其中划分内边缘网格的步骤包括布置两排网格。

9.如权利要求2所述的翻边有限元建模方法，其中将所述翻边模型移入汽车发动机罩盖模型的步骤包括采用节点融合来将连接翻边结构和汽车发动机罩盖的其它部分。

10.一种翻边有限元建模方法，所述翻边是覆盖件边缘的外板翻折后覆盖在内板上的结构，所述方法包括：

对翻边的内边缘进行有限元建模，得到内边缘网格；

对翻边的外边缘进行有限元建模，得到外边缘网格； 

对翻边的外边缘折弯处进行有限元建模，得到折弯单元；以及

对内边缘和外边缘之间的折边胶进行有限元建模，得到折边胶单元，

所述内边缘网格、所述外边缘网格、所述折弯单元和所述折边胶单元构成翻边模型。

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