CN103870623A - 一种车辆模型前处理模板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆模型前处理模板，一种车辆模型前处理模板，由依次相互连接的几何参数化模块、命名标准化及材料属性自动设置模块、网格划分模块，边界条件模块组成。由于研发的车辆中涉及到铁路机车、客车、货车、动车组、城轨、地铁等不同的车辆，建立铁路车辆CAE模型通用前处理模板就显得尤为重要，通过开发通用的CAE模型通用前处理模板，可以对仿真分析中繁琐的前处理工作进行标准化和规范化，借助流程自动化工具在实现规范处理的同时，可以提高工作效率，减少人为错误，积累和固化企业CAE仿真前处理的知识和经验，使得企业的CAE仿真技术组织过程资产得到很好的积累和延续。

Description

一种车辆模型前处理模板

技术领域

本发明涉及一种车辆模型前处理模板，特别针对铝合金车体、不锈钢点焊车体、不锈钢激光焊车体、转向架进行仿真分析，模板封装了车辆分析过程和规范，其功能与仿真分析流程的步骤相对应。按照仿真模板所提供的交互式操作，即可完成车辆模型仿真分析的全过程。

背景技术

从现代制造业的发展趋势来看，计算机仿真技术在新产品的开发过程中将发挥越来越重要的作用。与传统研发方法相比，结合了计算机仿真技术的现代研发方法可以节约大量的人力、物力、财力并且大大地缩短产品研发周期。随着有限元等仿真理论基础的成熟和计算机硬件的快速发展，仿真工作的计算精确度越来越高。所以在国际知名的铁路行业、车辆行业的企业，在新产品开发的初期，基于仿真的数字化样机已经开始替代大部分的物理样机作为产品设计的依据。

现代高速列车设计是一项复杂的系统工程，通常由多个专业的子系统组成，产品和项目的复杂度日益增加，优异的设计方案必然是在对其各个专业子系统进行了综合、协调之后才能产生，因此协同工作成为企业的一项迫切需求，也是企业信息化的主要目标。

由于学科仿真的专业复杂性，各种仿真分析软件分散在各专业由少数设计和仿真人员操作，知识和经验分散在个体，难以积累和共享，不利于企业知识积累和专家知识库的形成。同时面对复杂的仿真分析对象，需要有工具来帮助设计人员快速了解分析过程步骤，快速完成繁琐的参数输入、复杂的工况定义和仿真报告生成，并将仿真知识和经验积累和共享。

因此需要针对具体分析过程建立仿真分析模板，将分析步骤、操作说明和帮助信息展现到界面上引导设计人员按部就班地进行仿真操作，规范仿真分析过程；简化界面上的手工操作，提高工作效率；将专业仿真分析专家的知识、实践经验展现出来，使设计人员少走弯路。通过将具体分析过程模板化，不但可以降低仿真分析的门槛，减少人员个体差异对仿真分析结果准确性的影响，还有利于企业仿真专家知识库的形成。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种快速、可靠的分析模板。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

车辆模型前处理模板，由依次相互连接的几何参数化模块、命名标准化及材料属性自动设置模块、网格划分模块，边界条件模块组成，其特征在于：

所述几何参数化模块根据几何处理的对象、车辆类型和设计阶段可以划分为几种不同的类型：点焊车体、缝焊车体和前期设计车体；

所述命名标准化及材料属性自动设置模块包括一个铁路车辆仿真分析常用的材料库以及命名标准化规则；

所述网格划分模块输入条件是经过几何处理的几何中面模型，根据不同的车辆类型选择不同的划分流程，主要分为以下3中类型：

1.点焊车体网格划分

2.缝焊车体网格划分

3.转向架网格划分

所述边界条件模块分为动车组运行工况和城轨车辆运行工况，两种运行工况分别又包括车体工况设置和转向架工况设置。

所述几何参数化模块处理车辆模型的步骤有：

1a）零件清理，删除不影响分析的零部件，

2a）几何清理，清理冗余的点、线、面和体，

3a）中面抽取，获得零件的厚度信息，并保存到单元组的名称中，

4a）几何面识别和延展，

5a）焊点读取与映射，

6a）读取AutoCAD截面信息，

7a）加强截面拉升功能，

8a）车体侧面读取与Map功能，

所述网格划的步骤包括：

1b）、读取焊点信息，

2b）、程序实现焊点位置Map，

3b）、网格划分标准设置，

4b）、孔识别和处理，

5b）、网格划分，

6b）、提供自动网格重新划分功能，以解决网格划分中存在的问题，

7b）、焊接，

8b）、网格质量检查、自由边、法向检查，

9b）、模型试运行，以检查模型是否有错误，若有则提供报错信息，

10b）、装配工具。

本发明的一种车辆模型前处理模板，通过开发通用的CAE模型通用前处理模板，可以对仿真分析中繁琐的前处理工作进行标准化和规范化，借助流程自动化工具在实现规范处理的同时，可以提高工作效率，减少人为错误，积累和固化企业CAE仿真前处理的知识和经验，使得企业的CAE仿真技术组织过程资产得到很好的积累和延续。

附图说明

图1、本发明的一种车辆模型前处理模板流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述

1、几何处理功能模块根据几何处理的对象（车体或转向架）、车辆类型和设计阶段可以划分为几种不同类型的问题，括号内为输入条件：

点焊车体（车体几何实体模型+2维焊点）

缝焊车体（车体几何实体模型+共节点缝焊）

前期设计车体（二维截面+二维车体模型）

转向架模型

针对上述不同的类型开发不同的建模流程，据此将几何前处理功能模块开发成具有多个分支可供选择的模板集合。虽然不同类型的模型需要采用不同的处理方法，但是在这个步骤的目的是为后续的网格划分等处理准备好二维和三维的几何模型。所以一般都会经历如下几个步骤：

零件清理，删除不影响分析的零部件

几何清理，清理冗余的点、线、面和体

中面抽取（非必需步骤），获得零件的厚度信息，并保存到单元组的名称中

几何面识别和延展（非必需步骤，主要用于转向架和缝焊车体）

焊点读取与映射（二维焊点读取功能，位置调整与Map）

对于前期设计车体将提供工具实现一些特殊的操作

读取AutoCAD截面信息（主要用于前期设计车体，仅使用二维截面建立车体模型）

加强截面拉升功能

车体侧面读取与Map功能

2、命名标准化及材料属性自动设置模块开发

零件命名标准化在有限元分析和后处理工作中起到重要的作用，是实现自动报告生成及自动数据处理的前提条件，同时良好的命名规则能为用户提供快速而且直观的信息，为仿真分析提供便利。

车体名称标准化命名将根据甲方的名称规则进行，根据是否具备完备的BOM表及三维模型可以将问题分为两种不同的分支使用不同的模板进行标准化命名：

具备BOM表同时使用三维CAD模型时，使用BOM表实现自动识别和自动重命名。

不具备BOM表的前期设计模型，定义通用可扩展的模板，生成包含要求名称的单元组，用户在建模过程中自行将零件放入不同的单元组中。

该建模平台将建立铁路车辆仿真分析常用的材料库，在前处理过程中提供选择材料步骤，将材料信息导入模型中，并根据BOM表及其他条件设置零件的材料。厚度信息将根据抽取中面获得的厚度信息或BOM表信息进行设置。

3、网格划分与模型装配模块开发

（考虑求解器转换）：HyperMesh模板转换到Ansys、Abqus、Dyna等，相应单元组名称不变，属性自动转换。在后处理HyperView读取结果时，单元组名称不变。

网格划分模块的输入条件是经过几何处理的几何中面模型，根据不同的车辆类型选择不同的划分流程，主要分为下面两类车体：

4.点焊车体网格划分

5.缝焊车体网格划分

6.转向架网格划分

网格划分通常需要经过如下几个关键步骤的工作：

1.读取焊点信息（二维焊点信息，仅点焊车，需转换为igs文件）

2.程序实现焊点位置Map（坐标转换及位置Map，仅点焊车）

3.网格划分标准设置

4.孔识别和处理

5.网格划分

6.提供自动网格重新划分功能，以解决网格划分中存在的问题。

7.焊接（点焊车）

8.网格质量检查、自由边、法向等检查（质量检查标准统一）

9.模型试运行，以检查模型是否有错误，若有则提供报错信息。

10.装配工具（用户能移动每个总成的零件，匹配相互之间的关系，并提供快速节点缝合功能。）

4边界条件设置与加载模块开发

铁路车辆包括动车组，城轨车辆，由于不同类型的车辆运行所处的环境不同，所以在仿真分析过程中其使用的工况也各有不同。根据车辆的不同类型将边界条件及加载的设置分为如下几种类型：

1.动车组列车分析工况

车体工况

转向架工况设置

2.城轨车辆分析工况

车体工况

转向架工况设置

模板将根据不同的车辆类型及分析，定义单元和节点的set集合用于进行仿真分析加载，完成set集合的设置后将边界条件及载荷自动加载到标准的set集上。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种车辆模型前处理模板，其特征在于：由依次相互连接的几何参数化模块、命名标准化及材料属性自动设置模块、网格划分模块，边界条件模块组成。

2.根据权利要求1所述的一种车辆模型前处理模板，其特征在于：所述几何参数化模块根据几何处理的对象、车辆类型和设计阶段划分：点焊车体、缝焊车体和前期设计车体三种不同的类型。

3.根据权利要求1所述的一种车辆模型前处理模板，其特征在于：所述命名标准化及材料属性自动设置模块包括一个铁路车辆仿真分析常用的材料库以及命名标准化规则。

4.根据权利要求1所述的一种车辆模型前处理模板，其特征在于：所述网格划分模块输入条件是经过几何处理的几何中面模型，根据不同的车辆类型选择不同的划分流程，主要分为以下3种类型：点焊车体网格划分、缝焊车体网格划分、转向架网格划分。

5.根据权利要求1所述的一种车辆模型前处理模板，其特征在于：所述边界条件模块分为动车组运行工况和城轨车辆运行工况，两种运行工况分别又包括车体工况设置和转向架工况设置。

6.根据权利要求2所述的车辆模型前处理模板，其特征在于：所述几何参数化模块处理车辆模型的步骤有：

1a）零件清理，删除不影响分析的零部件，

2a）几何清理，清理冗余的点、线、面和体，

3a）中面抽取，获得零件的厚度信息，并保存到单元组的名称中，

4a）几何面识别和延展，

5a）焊点读取与映射，

6a）读取AutoCAD截面信息，

7a）加强截面拉升功能，

8a）车体侧面读取与Map功能。

7.根据权利要求4所述的车辆模型前处理模板，其特征在于：所述网格划的步骤包括：

1b）、读取焊点信息，

2b）、程序实现焊点位置Map，

3b）、网格划分标准设置，

4b）、孔识别和处理，

5b）、网格划分，

6b）、提供自动网格重新划分功能，以解决网格划分中存在的问题，

7b）、焊接，

8b）、网格质量检查、自由边、法向检查，

9b）、模型试运行，以检查模型是否有错误，若有则提供报错信息，

10b）、装配工具。

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