CN106844862A - 一种基于cae分析的铝制车身节点刚度评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，包括下列步骤：建立铝制车身的有限元模型，确定节点基准点；根据确定的节点基准点对铝制车身的有限元模型进行截取，施加约束并确定加载点得到铝制车身节点模型；对铝制车身节点模型进行刚化处理，得到刚性化节点模型；分别计算铝制车身节点模型和刚性化节点模型内的节点刚度，继而计算得到铝制车身结点刚度的评估值，根据评估值对铝制车身节点刚度进行评价。与现有技术相比，本发明具有人为干扰小、精确度高、缩短设计周期以及降低设计成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及计算机仿真设计领域，尤其是涉及一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法。
背景技术
节点刚度是车身设计时的重点把控指标，目前节点刚度的计算主要是通过三个截面的形心交点作为截取节点模型边界的参考点，并将计算的数值与数据库中的经验值对比，进而评估节点刚度的高低。这个方法存在两个不足：一是节点形心是空间的点，不同的工程师寻找的节点形心交点会有出入，二是数据库中的经验值对节点刚度的范围定义过于广，涉及到具体车型的参考意义不大。
铝制车身以其轻量化的优势，在汽车行业越来越多的应用起来，和钢制车身一样，节点设计也是铝制车身结构设计中非常重要的一环。但铝制车身零部件的设计思路以及零部件之间的焊点和搭接关系等处理方式有其自身的特点，故原来钢制车身总结下来的节点刚度评估方法并不能有效用于指导铝制车身的设计评估。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，所述方法包括下列步骤：
1)建立铝制车身的有限元模型，确定节点基准点；
2)根据确定的节点基准点对铝制车身的有限元模型进行截取，施加约束并确定加载点得到铝制车身节点模型；
3)对铝制车身节点模型进行刚化处理，得到刚性化节点模型；
4)分别计算铝制车身节点模型和刚性化节点模型内的节点刚度，继而计算得到铝制车身结点刚度的评估值，根据评估值对铝制车身节点刚度进行评价。
所述节点基准点具体为：距离车身节点最远的圆角拐点。
所述步骤2)具体为：
21)以节点基准点为基准，根据车型沿坐标轴的方向向外延长相应的截取距离作为截取边界，对铝制车身的有限元模型进行截取；
22)对截取后的模型边界施加约束；
23)确定截面的形心为加载点，得到铝制车身节点模型。
所述截取距离的范围为距离节点基准点200mm-300mm。
所述刚化处理包括通过RBE2刚性单元刚化或更新节点的材料属性。
所述刚化处理的范围为位于车身圆角拐点内。
所述步骤4)具体为：
41)计算铝制车身节点模型内的节点刚度Ks；
42)计算刚性化节点模型内的节点刚度Kr；
43)根据步骤41)得到的铝制车身节点模型内的节点刚度Ks和步骤42)得到的刚性化节点模型内的节点刚度Kr计算铝制车身节点刚度的评估值C；
44)根据评估值C的大小评价铝制车身节点刚度，评估值C越大，表明节点刚度越好。
所述节点刚度的计算方法具体为：
K＝M/θ
其中，K为节点刚度，M为沿坐标轴施加的单位扭矩，θ为在相应扭转作用下加载点所产生的转角。
所述评估值C的计算方法具体为：
C＝Ks/Kr。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)传统的方法需要依赖工程师来寻找截面形心的交点，该基准点的确定存在人为因素的影响导致最终的评价结果不客观，本发明提供的方法使用车身节点圆角拐点代替截面形心的交点，基准点直观准确，不存在模棱两可的现象，提高了模型的准确度，继而提升了最终评估的准确性。
(2)本方法最终通过铝制车身节点刚度的评估值对铝制车身节点刚度进行评价，评估值处于0和1之间，接近0说明刚度低，接近1说明刚度高，简单直观且便于区分，大大简化了节点刚度数据库。
(3)本方法建立的是铝制车身的有限元模型，充分考虑了铝制车身零件的设计思路以及零部件之间的焊点和搭接关系等处理方式，精确度高。
(4)对铝制车身的有限元模型进行截取时，根据车型选定截取距离，且截取距离的范围在200-300mm内，既保证了截取的充分性也避免了截取距离过大而带来的复杂计算。
(5)通过RBE2刚性单元进行刚化或通过更新节点的材料属性进行刚化，节点刚化实现简单，刚化结果准确。
(6)由于节点刚化的范围会影响刚化后节点刚度的计算结果，因而统一选取节点各圆角拐点内的部分进行刚化，既保证了刚化完全也将影响降到了最小，进一步提高了结果的精确程度。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为根据基准点进行截取的位置示意图；
图3为刚性化节点模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，具体步骤如下：
1)建立车身模型，找出车身节点处圆角拐点位置，作为节点截取的基准点，如图2所示，沿X向的左右基准点分别为点①与点②，沿Z向有两个点，点③和点④，其中点③距离节点最远，Z向截取时以点③为Z向截取基准点；
2)从各方向的基准点沿着全局坐标轴往外200mm，截取模型；
3)约束截取边界1-6自由度，截面的形心作为加载点，计算节点的刚度Ks；
4)把节点处圆角拐点①至④以内用Rbe2单元，建立刚性化的节点模型，范围如图3所示，其中Z向不大于过点③和点④的连线与Y轴构成的平面，计算刚度值Kr；
5)依据步骤3)的数值Ks与步骤4的数值Kr比值C＝Ks/Kr作为结果，对节点刚度进行评估，即比值大于0.6的节点刚度结构设计比较好，低于0.3的需要进行结构优化，处于0.3-0.6之间的依据实际情况斟酌考虑。
Claims (9)
1.一种基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
1)建立铝制车身的有限元模型，确定节点基准点；
2)根据确定的节点基准点对铝制车身的有限元模型进行截取，施加约束并确定加载点得到铝制车身节点模型；
3)对铝制车身节点模型进行刚化处理，得到刚性化节点模型；
4)分别计算铝制车身节点模型和刚性化节点模型内的节点刚度，继而计算得到铝制车身结点刚度的评估值，根据评估值对铝制车身节点刚度进行评价。
2.根据权利要求1所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述节点基准点具体为：距离车身节点最远的圆角拐点。
3.根据权利要求1所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：
21)以节点基准点为基准，根据车型沿坐标轴的方向向外延长相应的截取距离作为截取边界，对铝制车身的有限元模型进行截取；
22)对截取后的模型边界施加约束；
23)确定截面的形心为加载点，得到铝制车身节点模型。
4.根据权利要求3所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述截取距离的范围为距离节点基准点200mm-300mm。
5.根据权利要求1所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述刚化处理包括通过RBE2刚性单元刚化或更新节点的材料属性。
6.根据权利要求1所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述刚化处理的范围为位于车身圆角拐点内。
7.根据权利要求1所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：
41)计算铝制车身节点模型内的节点刚度Ks；
42)计算刚性化节点模型内的节点刚度Kr；
43)根据步骤41)得到的铝制车身节点模型内的节点刚度Ks和步骤42)得到的刚性化节点模型内的节点刚度Kr计算铝制车身节点刚度的评估值C；
44)根据评估值C的大小评价铝制车身节点刚度，评估值C越大，表明节点刚度越好。
8.根据权利要求7所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述节点刚度的计算方法具体为：
K＝M/θ
其中，K为节点刚度，M为沿坐标轴施加的单位扭矩，θ为在相应扭转作用下加载点所产生的转角。
9.根据权利要求7所述的基于CAE分析的铝制车身节点刚度评价方法，其特征在于，所述评估值C的计算方法具体为：
C＝Ks/Kr。
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