CN107977522A - 一种自动化部件连接的cae建模方法 - Google Patents

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许春铁
许书生
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Abstract

一种自动化部件连接的CAE建模方法，方法为：步骤1、在前处理软件中导入被连接件A、铰链和被连接件B，并依次放入分别命名的总成模型中；步骤2、运行集成于前处理软中的自动化部件铰链连接模块；步骤3、完成所述被连接件A、铰链和被连接件B的连接。本发明通过自动化车门铰链连接模块能够在车门、铰链和车身模型之间自动建立连接，不再需要人工手动对各个模块的连接关系逐一建立，降低了建模过程中的繁琐程度，大大提高了工作效率。

Description

一种自动化部件连接的CAE建模方法
技术领域
本发明涉及软件建模及模拟技术,具体涉及一种自动化部件连接的CAE建模方法。
背景技术
在利用有限元分析方法对闭合件(车门、前罩、背门等)的刚强度及疲劳性能进行分析时，需要建立闭合件—铰链—车身之间的连接的CAE模型。并且，要求把基于 Nanstran软件格式的模型转换成为能够应用于Abaqus软件进行计算的模型。这些步骤基本上都是手工操作，即在分析前处理软件Hyperworks中，人工手动完成闭合件的CAE 模型材料及属性的替换、边界条件的设定、计算参数的编写等等，之后再调用求解软件进行计算，最后生成分析报告。这种分析模式，会带来如下问题：首先是重复操作多，耗时长，且容易出错。以材料和属性的替换为例，要生成能够应用于Abaqus软件计算的模型，需要把原来基于Nastran软件模型中每个部件的线性材料参数替换成Abaqus 软件能够识别的非线性材料参数，而一个车门模型往往就有数十个部件，要重复类似的操作数十次。其次是模型建立的标准化不够，对分析精度有一定的影响。虽然有对应的操作流程，但是由于分析人员对分析流程的理解不同及操作习惯不同，在模型的处理上并不完完全全的一致，会导致分析结果有所差别。因此，该过程较为复杂，现有的方法是工程师手动点击商业软件一步一步进行操作，流程繁琐，效率低，且出错率高。
发明内容
本发明的目的是建立一种自动化部件连接的CAE建模方法，提供自动化车门铰链连接模块，该模块能够在车门、铰链和车身模型之间自动建立连接，不再需要人工手动操作。
一种自动化部件连接的CAE建模方法，方法为：
步骤1、在前处理软件中导入被连接件A、铰链和被连接件B，并依次放入分别命名的总成模型中；
步骤2、运行集成于前处理软中的自动化部件铰链连接模块；
步骤3、完成所述被连接件A、铰链和被连接件B的连接；
所述自动化部件铰链连接模块处理步骤为：
步骤2.1、自动化部件铰链连接模块进行连接件分组；
步骤2.2、将分组后的铰链与被连接件A建立连接；
步骤2.3、将分组后的铰链与被连接件B建立连接；
步骤2.4、建立各组铰链之间的连接。
进而完成所述被连接件A、铰链和被连接件B之间的连接。
具体地，所述自动化部件铰链连接模块进行连接件分组的具体处理步骤为：首先，自动化部件铰链连接模块选取铰链模型中一个节点，记为P1，并标记P1所属的部件为 Hi1；然后，找出铰链模型模型中除部件Hi1之外到点P1距离最小的点，记为P2,并标记P2所属的部件为Hi2，Hi1和Hi2即为需要连接起来的第i对阴铰链和阳铰链， i∈{1、2、3...}。
具体地，所述分组后的铰链分别与被连接件A建立连接的具体处理过程为：首先，找出第i对阴铰链Hi1中所有的孔：用rigid单元(刚性连接单元)分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i1；再找出阳铰链 Hi2中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i2；然后，识别被连接件A中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedA；最后，分别循环遍历connectedA和nodeset-i1，connectedA 和nodeset-i2，这两组集合中两点间的距离，对比每组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立刚性连接，连接满足要求的点，阴铰链Hi1和阳铰链Hi2部件即通过rigid单元完成与被连接件A的链接。
具体地，所述将分组后的铰链与被连接件B建立连接的具体处理过程为：通过前处理软件识别被连接件B中所有shell单元(壳单元)部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedB；分别循环遍历connectedB和nodeset-i1、connectedB和nodeset-i2这两组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立刚性连接，连接满足要求的点，Hi1和Hi2即通过rigid单元完成和被连接件B。
具体地，所述建立各组铰链之间的连接的具体处理过程：循环遍nodeset-i1和nodeset-i2，并计算nodeset-i1和nodeset-i2中所有点之间的距离；若两个点之间的距离小于设置的阈值时，把两点用beam单元(梁单元)相连，并放开转动自由度；进而完成Hi1 和Hi2之间的连接。
具体地，所述分组后的铰链分别与被连接件A建立连接时，两组集合connectedA和nodeset-i1，connectedA和nodeset-i2设置的距离的阈值为30mm。
具体地，所述将分组后的铰链与被连接件B建立连接时，两组集合connectedB和nodeset-i1、connectedB和nodeset-i2设置的距离的阈值为30mm。
本发明提供了一种自动化部件连接的CAE建模方法，建立了自动化车门铰链连接模块，该模块能够在车门、铰链和车身模型之间自动建立连接，不再需要人工手动对各个模块的连接关系逐一建立，降低了建模过程中的繁琐程度，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的处理流程图；
图2为自动化车门铰链连接模块的处理流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步说明。
一种自动化部件连接的CAE建模方法，方法为：
步骤一、在前处理软件中导入被连接件A、铰链和被连接件B，并依次放入分别命名的总成模型中；
步骤二、运行集成于前处理软中的自动化部件铰链连接模块；
步骤三、完成所述被连接件A、铰链和被连接件B的连接；
自动化部件铰链连接模块处理步骤为：首先，自动化部件铰链连接模块进行连接件分组。自动化部件铰链连接模块进行连接件分组的具体处理步骤为：首先，自动化部件铰链连接模块选取铰链模型中一个节点，记为P1，并标记P1所属的部件为Hi1；然后，找出铰链模型模型中除部件Hi1之外到点P1距离最小的点，记为P2,并标记P2所属的部件为Hi2，Hi1和Hi2即为需要连接起来的第i对阴铰链和阳铰链，i∈{1、2、3...}。
然后，将分组后的铰链与被连接件A的建立连接。分组后的铰链分别与被连接件A建立连接的具体处理过程为：首先，找出第i对阴铰链Hi1中所有的孔：用rigid单元(刚性连接单元)分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i1；再找出阳铰链Hi2中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i2；然后，识别被连接件A中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedA；最后，分别循环遍历 connectedA和nodeset-i1，connectedA和nodeset-i2，这两组集合中两点间的距离，对比每组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立rigid单元，连接满足要求的点，阴铰链Hi1和阳铰链Hi2部件即通过rigid单元完成与被连接件A的链接。
再然后，将分组后的铰链与被连接件B建立连接。将分组后的铰链与被连接件B 建立连接的具体处理过程为：通过前处理软件识别被连接件B中所有shell单元(壳单元)部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedB；分别循环遍历connectedB和nodeset-i1、 connectedB和nodeset-i2这两组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立rigid单元，连接满足要求的点，Hi1和Hi2即通过rigid单元完成和被连接件B。
最后，建立各组铰链之间的连接；进而完成所述被连接件A、铰链和被连接件B之间的连接。建立各组铰链之间的连接的具体处理过程：循环遍nodeset-i1和nodeset-i2，并计算nodeset-i1和nodeset-i2中所有点之间的距离；若两个点之间的距离小于设置的阈值时，把两点用beam单元(梁单元)相连，并放开转动自由度；进而完成Hi1和Hi2之间的连接。
被连接件A、连接件和被连接件B在车门与车身通过车门铰链连接的CAE建模过程中，具体为车门、车门铰链和车身。
如图1所示，车门与车身通过车门铰链连接的CAE建模具体过程为：
步骤一、在前处理软件中导入车门、铰链及车身的网格模型，并依次放入名为door、 hinge及frame总成模型中。连接车门和车身的铰链数量为2对，即i＝2。
步骤二、运行集成于前处理软中的自动化车门铰链连接模块。
步骤三、完成车门、铰链及车身的网格模型的链接。
如图2所示，自动化车门铰链连接模块用Tcl/Tk程序语言设置完成本模块的功能命令，该模块的具体处理步骤为：
第一步、铰链分组的具体处理过程：首先，自动化车门铰链连接模块选取铰链模型中一个节点，记为P1，并标记P1所属的部件为H11；然后，找出铰链模型中除部件H11 之外到点P1距离最小的点，记为P2,并标记P2所属的部件为H12，H11和H12即需要连接起来的阴铰链和阳铰链；同理识别出另外一对阴铰链和阳铰链H21和H22。
第二步、分组后的铰链分别与车门模型的建立连接的具体处理过程：首先，找出部件H11中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-11；再找出部件H12中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-12；然后，识别车门模型中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为doorset(车门-孔集合)；最后，分别循环遍历doorset和nodeset-11，doorset和nodeset-12这两组集合，对比每组集合中两点间的距离；当距离小于30mm时，自动建立rigid单元，连接满足要求的点， H11和H12部件就能够通过rigid单元完成与门的链接，同理另一对铰链H21和H22实现与车门的自动链接。
第三步、分组后的铰链分别与车身模型建立连接的具体处理过程：通过前处理软件识别车身模型中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为frameset(车身-构架集合)；分别循环遍历frameset和nodeset-11、frameset和nodeset-12这两组集合中两点间的距离；当距离小于30mm时，自动建立rigid单元，连接满足要求的点，H11和H12就能够通过 rigid单元完成和车身相连；同理，另一对铰链H11和H12实现与车身的自动连接。
第四步、建立各组铰链之间的连接的具体处理过程：循环遍历nodeset-11和nodeset-12，并计算nodeset-11和nodeset-12中所有点之间的距离；若两个点之间的距离小于30mm时，把两点用beam单元相连，并放开转动自由度；进而完成H11和H12之间的连接；同理建立H21和H22之间的连接关系。

Claims (7)

1.一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，方法为：
步骤1、在前处理软件中导入被连接件A、铰链和被连接件B，并依次放入分别命名的总成模型中；
步骤2、运行集成于前处理软中的自动化部件铰链连接模块；
步骤3、完成所述被连接件A、铰链和被连接件B的连接；
其特征在于：所述步骤2自动化部件铰链连接模块处理步骤为：
步骤2.1、自动化部件铰链连接模块进行连接件分组；
步骤2.2、将分组后的铰链与被连接件A建立连接；
步骤2.3、将分组后的铰链与被连接件B建立连接；
步骤2.4、建立各组铰链之间的连接；
进而完成所述被连接件A、铰链和被连接件B之间的连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述自动化部件铰链连接模块进行连接件分组的具体处理步骤为：首先，自动化部件铰链连接模块选取铰链模型中一个节点，记为P1，并标记P1所属的部件为Hi1；然后，找出铰链模型中除部件Hi1之外到点P1距离最小的点，记为P2,并标记P2所属的部件为Hi2，Hi1和Hi2即为需要连接起来的第i对阴铰链和阳铰链，i∈{1、2、3...}。
3.根据权利要求2所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述分组后的铰链分别与被连接件A建立连接的具体处理过程为：首先，找出第i对阴铰链Hi1中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i1；再找出阳铰链Hi2中所有的孔：用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为nodeset-i2；然后，识别被连接件A中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔面上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedA；最后，分别循环遍历connectedA和nodeset-i1，connectedA和nodeset-i2，这两组集合中两点间的距离，对比每组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立刚性连接，连接满足要求的点，阴铰链Hi1和阳铰链Hi2部件即通过rigid单元完成与被连接件A的链接。
4.根据权利要求3所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述将分组后的铰链与被连接件B建立连接的具体处理过程为：通过前处理软件识别被连接件B中所有shell单元部件上所有的孔，用rigid单元分别抓取每个孔上的点，形成对应孔面的刚性单元并将其中心节点的集合记为connectedB；分别循环遍历connectedB和nodeset-i1、connectedB和nodeset-i2这两组集合中两点间的距离；当距离小于设置的阈值时，自动建立刚性连接，连接满足要求的点，Hi1和Hi2即通过rigid单元完成和被连接件B。
5.根据权利要求3所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述建立各组铰链之间的连接的具体处理过程：循环遍nodeset-i1和nodeset-i2，并计算nodeset-i1和nodeset-i2中所有点之间的距离；若两个点之间的距离小于设置的阈值时，把两点用beam单元相连，并放开转动自由度；进而完成Hi1和Hi2之间的连接。
6.根据权利要求3所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述分组后的铰链分别与被连接件A建立连接时，两组集合connectedA和nodeset-i1，connectedA和nodeset-i2设置的距离的阈值为30mm。
7.根据权利要求4所述的一种自动化部件铰链连接的CAE建模方法，其特征在于：所述将分组后的铰链与被连接件B建立连接时，两组集合connectedB和nodeset-i1、connectedB和nodeset-i2设置的距离的阈值为30mm。
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