CN105912805B - 一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置 - Google Patents

一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置。其中，所述钣金焊缝有限元模型的建模方法包括：获取多个待焊接钣金的几何中面；根据所述待焊接钣金的几何中面，建立所述待焊接钣金之间的焊缝的几何面；对所述待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面进行网格划分；对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。本发明提供的上述技术方案不仅能够快速的创建焊缝的有限元模型，在保证焊缝质量的同时，还可以大幅度缩短仿真分析的周期。

Description

一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)仿真分析在汽车研发过程中的作用越来越重要。整车有限元模型的搭建时间约占仿真分析的60％，如何快速搭建整车的有限元模型对于汽车研发至关重要。焊接一直是非承载式汽车车架重要的连接手段，焊缝有限元模型的创建一直是CAE工程师的难点。传统的焊缝有限元模型是对有限元模型进行操作，创建焊缝单元，这种方法工作量大，而且会修改焊缝周围的网格质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模方法及装置，以解决现有技术中的焊缝有限元建模工作量大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
依据本发明实施例的一个方面，提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模方法，包括：
获取多个待焊接钣金的几何中面；
根据所述待焊接钣金的几何中面，建立所述待焊接钣金之间的焊缝的几何面；
对所述待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面进行网格划分；
对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
进一步地，所述对已进行网格划分的焊缝的材料和厚度进行定义的步骤包括：
确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度；
将所述焊缝的材料和厚度分别定义为，与所述焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
进一步地，所述对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义的步骤包括：
根据预设的物料清单，对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。
进一步地，所述待焊接钣金的厚度小于或等于6mm。
进一步地，所述焊缝的几何面与所述焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交。
依据本发明实施例的另一个方面，提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模装置，包括：
获取模块，用于获取多个待焊接钣金的几何中面；
建立模块，用于根据所述待焊接钣金的几何中面，建立所述待焊接钣金之间的焊缝的几何面；
网格划分模块，用于对所述待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面进行网格划分；
定义模块，用于对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
进一步地，所述定义模块包括：
确定单元，用于确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度；
第一定义单元，用于将所述焊缝的材料和厚度分别定义为，与所述焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
进一步地，所述定义模块包括：
第二定义单元，用于根据预设的物料清单，对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。
进一步地，所述待焊接钣金的厚度小于或等于6mm。
进一步地，所述焊缝的几何面与所述焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交。
本发明的有益效果是：
上述技术方案，通过先建立焊缝的几何面，然后再进行待焊接钣金与焊缝的网格划分，以快速完成焊缝的有限元模型的建立，降低工作量，缩短仿真分析的周期。同时该技术方案不仅能够保证网格的质量，还可以保证焊缝与钣金的连接关系。
附图说明
图1表示本发明第一实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法的流程图；
图2表示本发明第一实施例提供的钣金与焊缝的结构示意图；
图3表示本发明第一实施例提供的钣金的几何中面的示意图；
图4表示本发明第一实施例提供的钣金的几何中面和焊缝的几何面的示意图；
图5表示本发明第一实施例提供的划分网格后的焊缝有限元模型示意图；
图6表示本发明第二实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模装置的框图。
附图标记说明如下：
1、第一钣金；2、第二钣金；3、焊缝；101、第一钣金的几何中面；201、第二钣金的几何中面；301、焊缝的几何面；302、公共边。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一实施例
本发明实施例提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模方法，如图1所示，该钣金焊缝有限元模型的建模方法包括：
S101、获取多个待焊接钣金的几何中面。
可以是抽取多个待焊接钣金的三维模型的几何中面。其中，多个待焊接钣金是根据焊接需求预先组合在一起的，也就是多个待焊接钣金各自之间的相对位置是预先设置好的。
S102、根据待焊接钣金的几何中面，建立待焊接钣金之间的焊缝的几何面。
根据焊接需求，多个待焊接钣金之间可具有一条或多条焊缝，一条焊缝可连接两个或两个以上的待焊接钣金。
其中，在建立焊缝几何面时，要求一条焊缝的几何面与该焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交，也就是该焊缝的几何面与其连接的待焊接钣金之间存在公共边。
S103、对待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面进行网格划分。
通过先建立焊缝的几何面，然后再同时进行待焊接钣金与焊缝的网格划分，能够快速完成焊缝的有限元模型的建立，保证网格质量以及焊缝与钣金的连接关系。
S104、对已进行网格划分的待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
在完成网格划分后，再对待焊接钣金和焊缝的材料以及厚度进行定义，这样便完成钣金焊缝有限元模型的建立。
本发明实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法，通过先建立焊缝的几何面，然后再同时进行待焊接钣金与焊缝的网格划分，以快速完成焊缝的有限元模型的建立，降低工作量，缩短仿真分析的周期。同时该技术方案不仅能够保证网格的质量，还可以保证焊缝与钣金的连接关系。
进一步地，在对焊缝的材料和厚度进行定义时，优选将焊缝的材料和厚度定义为与该焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。具体实现方式可为：首先确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度，然后将该焊缝的材料和厚度分别定义为，与该焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
这样定义的目的在于：厚度大、材料好的钣金一般会比厚度小、材料差的钣金耐用。在仿真分析中，如果一个钣金件出现问题，就认为该结构破坏。将焊缝与性能较差的钣金定义为同一种材料和同一厚度是一种对焊接件的保护措施。
进一步地，可根据预设的物料清单(即BOM表)，对已进行网格划分的待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。其中，预设的物料清单中，具有每个待焊接钣金的对应材料和厚度等信息。
优选地，本发明实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法对薄壁件的有限元模型的建模效果更好，尤其是对于厚度小于或等于6mm的待焊接钣金。
为了进一步对本发明实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法具有进一步的理解，下面以一具体事例加以说明：
在该具体事例中，以在HyperMesh软件中建立焊缝有限元模型为例。如图2所示，假设待焊接钣金包括：第一钣金1和第二钣金2。第一钣金1和第二钣金2之间具有焊缝3。
步骤一、首先启动HyperMesh软件，导入第一钣金1和第二钣金3的三维模型。
其中，第一钣金1和第二钣金2为不同的组件，且第一钣金1和第二钣金2为薄壁件。当将预先组合好的第一钣金1和第二钣金2的三维模型导入到HyperMesh软件中时，第一钣金1和第二钣金2会分别分配到相应的组件中。
步骤二、对第一钣金1和第二钣金2的三维模型，分别提取第一钣金1的几何中面101和第二钣金2的几何中面201。
其中，第一钣金1的几何中面101和第二钣金2的几何中面201，如图3所示。
步骤三、根据第一钣金1的几何中面101和第二钣金2的几何中面201，以及焊缝位置，创建焊缝3的几何面301。
其中，创建好的焊缝3的几何面301，如图4所示。在创建焊缝3的几何面时，要求焊缝3的几何面301与第一钣金1的几何中面101和第二钣金2的几何中面201具有公共边302。
步骤四、对第一钣金1的几何中面101、第二钣金2的几何中面201以及焊缝3的几何面301，同时进行网格划分。
这样能够快速完成焊缝的有限元模型的建立，保证网格质量以及焊缝与钣金的连接关系。
步骤五、根据BOM表，定义第一钣金1、第二钣金2以及焊缝3的材料和厚度。
其中，焊缝3与第一钣金1和第二钣金2中厚度较小的钣金的材料和厚度相同。
第二实施例
本发明实施例提供了一种钣金焊缝有限元模型的建模装置，如图6所示，该装置包括：
获取模块601，用于获取多个待焊接钣金的几何中面。
获取模块601可以抽取多个待焊接钣金的三维模型的几何中面。其中，多个待焊接钣金是根据焊接需求预先组合在一起的，也就是多个待焊接钣金各自之间的相对位置是预先设置好的。
建立模块602，用于根据待焊接钣金的几何中面，建立待焊接钣金之间的焊缝的几何面。
根据焊接需求，多个待焊接钣金之间可具有一条或多条焊缝，一条焊缝可连接两个或两个以上的待焊接钣金。
网格划分模块603，用于对待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面进行网格划分。
通过先建立焊缝的几何面，然后再同时进行待焊接钣金与焊缝的网格划分，能够快速完成焊缝的有限元模型的建立，保证网格质量以及焊缝与钣金的连接关系。
定义模块604，用于对已进行网格划分的待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
在完成网格划分后，再对待焊接钣金和焊缝的材料以及厚度进行定义，这样便完成钣金焊缝有限元模型的建立。
本发明实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模装置，通过建立模块602先建立焊缝的几何面，然后再通过网格划分模块603同时进行待焊接钣金与焊缝的网格划分，以快速完成焊缝的有限元模型的建立，降低工作量，缩短仿真分析的周期。同时该技术方案不仅能够保证网格的质量，还可以保证焊缝与钣金的连接关系。
进一步地，定义模块604包括：
确定单元，用于确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度；
第一定义单元，用于将焊缝的材料和厚度分别定义为，与焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
在对焊缝的材料和厚度进行定义时，优选将焊缝的材料和厚度定义为与该焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
这样定义的目的在于：厚度大、材料好的钣金一般会比厚度小、材料差的钣金耐用。在仿真分析中，如果一个钣金件出现问题，就认为该结构破坏。将焊缝与性能较差的钣金定义为同一种材料和同一厚度是一种对焊接件的保护措施。
进一步地，定义模块604包括：
第二定义单元，用于根据预设的物料清单，对已进行网格划分的待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。
其中，预设的物料清单(即BOM表)中，具有每个待焊接钣金的对应材料和厚度等信息。
优选地，待焊接钣金的厚度小于或等于6mm。
本发明实施例提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法对薄壁件的有限元模型的建模效果更好，尤其是对于厚度小于或等于6mm的待焊接钣金。
进一步地，焊缝的几何面与焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交。
其中，在建立焊缝几何面时，要求一条焊缝的几何面与该焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交，也就是该焊缝的几何面与其连接的待焊接钣金之间存在公共边。
需要说明的是，该装置是与上述第一实施例所提供的钣金焊缝有限元模型的建模方法对应的装置，上述第一实施例中的所有实施例均适用于该装置中，同样能达到相同的效果。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钣金焊缝有限元模型的建模方法，其特征在于，包括：
获取多个待焊接钣金的几何中面；
根据所述待焊接钣金的几何中面，建立所述待焊接钣金之间的焊缝的几何面，所述焊缝的几何面与所述待焊接钣金之间存在公共边；
对所述待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面同时进行网格划分；
对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述对已进行网格划分的焊缝的材料和厚度进行定义的步骤包括：
确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度；
将所述焊缝的材料和厚度分别定义为，与所述焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义的步骤包括：
根据预设的物料清单，对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。
4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述待焊接钣金的厚度小于或等于6mm。
5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述焊缝的几何面与所述焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交。
6.一种钣金焊缝有限元模型的建模装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多个待焊接钣金的几何中面；
建立模块，用于根据所述待焊接钣金的几何中面，建立所述待焊接钣金之间的焊缝的几何面，所述焊缝的几何面与所述待焊接钣金之间存在公共边；
网格划分模块，用于对所述待焊接钣金的几何中面和焊缝的几何面同时进行网格划分；
定义模块，用于对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义，完成钣金焊缝有限元模型的建立。
7.根据权利要求6所述的建模装置，其特征在于，所述定义模块包括：
确定单元，用于确定一焊缝连接的所有待焊接钣金的厚度；
第一定义单元，用于将所述焊缝的材料和厚度分别定义为，与所述焊缝连接的、厚度最小的待焊接钣金相同的材料和厚度。
8.根据权利要求6所述的建模装置，其特征在于，所述定义模块包括：
第二定义单元，用于根据预设的物料清单，对已进行网格划分的所述待焊接钣金和焊缝的材料和厚度进行定义。
9.根据权利要求6所述的建模装置，其特征在于，所述待焊接钣金的厚度小于或等于6mm。
10.根据权利要求6所述的建模装置，其特征在于，所述焊缝的几何面与所述焊缝连接的待焊接钣金的几何中面相交。
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