CN108021721A - 客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法和装置，其中，方法包括：对导入客车的几何模型中的夹芯材料几何模型进行分割，并对分割后的夹芯材料几何模型进行网格划分，以生成相应的夹芯材料实体单元；在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料；查看所有壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致；定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性；直至完成客车各部分有限元模型建模，并将各模型进行合装，以便于计算分析。本发明实施例的方法能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及客车技术领域，具体涉及一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法和一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置。
背景技术
相关技术中，复合材料结构的有限元分析建模方法主要是基于薄壁结构的复合材料零部件，即抽取结构部件的中面，对中面进行网格划分，然后对壳单元进行正交各向异性材料属性的定义(即对每层的铺层方向、铺层厚度、材料参数以及材料的失效准则来进行定义)，壳单元厚度采用从中间向两边偏置的方法模拟。
上述复合材料结构有限元建模方法主要是针对目前实车应用的复合材料结构采用的车上薄壁结构的零部件，而对于客车整车，为了达到减重目的和提高整车刚度，其采用薄壁复合材料间再夹芯的封闭结构。对于这种新型结构，上述针对薄壁复合材料结构有限元建模方法无法准确的模拟客车整车结构，大大降低了有限元分析的准确性及可参考性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法。该方法能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
本发明的第二个目的在于提出一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，包括以下步骤：S1，导入所述客车的几何模型，其中，所述几何模型包括夹芯材料几何模型；S2，对所述夹芯材料几何模型进行分割，并通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元；S3，在所述夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟所述夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，所述壳单元与所述实体单元共节点；S4，查看所有所述壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致；S5，定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性和所述壳单元的材料类型及属性；S6，重复上述步骤S1～S5，直至完成所述客车各部分有限元模型建模，并将所述客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对所述客车的有限元模型进行计算分析。
根据本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，对导入的客车几何模型中的夹芯材料几何模型进行分割，并通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元，进而在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料。并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致，以及定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性，直至完成客车各部分有限元模型建模，并将客车各部分有限元模型进行合装，以使用户通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。该方法能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，包括：导入模块，用于导入所述客车的几何模型，其中，所述几何模型包括夹芯材料几何模型；分割模块，用于对所述夹芯材料几何模型进行分割；划分模块，用于通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元；生成模块，用于在所述夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟所述夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，所述壳单元与所述实体单元共节点；查看调整模块，用于查看所有所述壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致；定义模块，用于定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性和所述壳单元的材料类型及属性；合装模块，用于在完成所述客车各部分有限元模型建模后，将所述客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对所述客车的有限元模型进行计算分析。
根据本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，通过分割模块对导入的客车几何模型中的夹芯材料几何模型进行分割，并通过划分模块采用映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，采用扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元，进而通过生成模块在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料。并通过查看调整模块将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致，以及通过定义模块定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性，直至完成客车各部分有限元模型建模，并通过和装模块将客车各部分有限元模型进行合装，以使用户通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。该装置能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法的流程图；
图2(a)是根据本发明一个实施例的客车车身结构的正视剖面图；
图2(b)是图2(a)中标注1处的结构示意图；
图3-图8是根据本发明一个具体示例的Hypermesh中的面板命令示意图；
图9-图12是根据本发明一个具体示例的Hypermesh中的参数设置示意图；
图13是根据本发明一个实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置的方框图；
图14是根据本发明另一个实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置的方框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法和装置。
图1是本发明一个实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1，导入客车的几何模型，其中，几何模型包括夹芯材料几何模型。
S2，对夹芯材料几何模型进行分割，并通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元。
在本发明的一个实施例中，通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以及通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分时，均可以采用八节点六面体和六节点五面体进行网格划分。
可以理解，分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型个数应大于分割后的不满足可映射条件的夹芯材料几何模型个数，以便于网格划分。
S3，在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，壳单元与实体单元共节点。
S4，查看所有壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。
S5，定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性。
具体地，在定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性时，可以定义夹芯材料类型为MAT1，并根据夹芯材料的各向同性定义夹芯材料的弹性模量E、泊松比NU和密度RHO，以及定义夹芯材料的属性为PSOLID。
在定义壳单元的材料类型及属性时，可以定义薄壁复合材料材料类型为MAT8，并根据薄壁复合材料的正交各向异性定义薄壁复合材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc和薄壁复合材料层间剪切强度S，以及定义薄壁复合材料的材料属性为PCOMP。
可以理解，壳单元的材料类型及属性即为夹芯材料表面的薄壁复合材料的材料类型及属性。
进一步地，可以定义薄壁复合材料铺层的层数，并定义每层的材料参数MID、铺层厚度T、铺层方向THETA、材料的失效准则FT以及是否输出每一层的应力、应变和失效因子结果SOUT。进而设置壳单元厚度偏置方法为单向偏置，其中，结合壳单元的法线方向及客车的几何模型选择TOP或BOTTOM作为单向偏置的方向，以保证壳单元厚度偏置后与实际几何模型一致。
S6，重复上述步骤S1～S5，直至完成客车各部分有限元模型建模，并将客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。
在本发明的一个实施例中，在导入客车的几何模型后，还可以对夹芯材料几何模型进行几何清理，以消除不必要的细节，如消除夹芯材料几何模型中的错位、小孔，压缩相邻曲面间的边界等。
在本发明的一个实施例中，在对分割后的夹芯材料几何模型进行网格划分生成相应的实体单元后，还可以检查夹芯材料实体单元的质量，并判断是否所有夹芯材料实体单元的质量均满足预设要求；如果有夹芯材料实体单元的质量不满足预设要求，则调整质量不满足要求的实体单元，直至所有实体单元的质量均满足预设要求。
其中，预设要求可以是建模软件(如Hypermesh等)默认的网格质量要求。
需要说明的是，在生成的实体单元的质量满足预设要求的前提下，直接在实体单元表面生成的壳单元质量必定也是满足预设要求的，此时无需再检查壳单元质量。
为便于理解本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，在本发明的一个具体示例中，通过Hypermesh软件对客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模的流程进行说明：
1)在处理软件Hypermesh中的Optistruct求解器模块下，导入客车某一结构(如图2(a)所示的车身结构)的几何模型，其中，该结构的几何模型包括夹芯材料几何模型。
2)对该结构中间的夹芯材料(如图2(b)所示)几何模型进行几何清理。在页面菜单Geom下找到面板菜单quick edit，如图3所示，根据实际需要选择相应的几何清理命令完成对夹芯材料几何模型的几何清理。
3)对几何清理后的夹芯材料几何模型进行分割。在页面菜单Geom下找到面板菜单solid edit，如图4所示，可以运用trim with lines和trim with plane/surf两个命令模块，对夹芯材料几何模型进行分割，直到分割的几何模型大部分满足可映射条件。
4)对分割后的夹芯材料几何模型进行网格划分。在页面菜单3D下找到面板菜单solid map，如图5所示，对于可映射的几何模型，使用映射网格划分方法进行网格划分，选择one volume命令模块，对可映射的几何模型进行实体网格划分，进而在elems size输入网格尺寸，source shells选择mixed，volum to mesh处选择要划分网格的几何实体，点击mesh进行实体网格划分；对于不满足映射条件的几何实体，采用扫略网格划分方法进行网格划分，选择general命令模块，结合实际需要进行实体网格划分，以生成相应的实体单元。
5)检查生成的实体单元的网格质量。在页面菜单Tool下找到面板菜单checkelems，如图6所示，选择3d命令模块，如有个别实体单元的网格质量不满足要求，则调整相关网格，直至所有实体单元达到网格质量要求。
6)在实体单元表面生成壳单元，以模拟夹芯材料表面的复合材料。在页面菜单Tool下找到面板菜单faces，如图7所示，通过find faces命令，在已有的实体单元表面生成壳单元，以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，壳单元与实体单元共节点。由于步骤5)已经保证了生成的实体单元的网格质量满足要求，本步直接在实体单元表面生成的壳单元的网格也应满足网格质量要求，因此无需再检查壳单元的网格质量。
7)查看所有壳单元法线方向，将同一个组件里的壳单元法线方向调整为一致，将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。在页面菜单2D下找到面板菜单composites，如图8所示，通过element normals命令模块，查看所有壳单元法线方向，将同一个组件里的壳单元法线方向调整为一致，通过material orientation命令模块，将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。
8)定义夹芯材料的实体单元的材料类型及属性。定义材料类型card image为MAT1，如图9所示，依据材料的各向同性进行定义，即对材料的弹性模量E、泊松比NU及密度RHO进行定义，所定义材料属性card image为PSOLID，如图10所示。
9)定义壳单元的材料类型及属性。定义材料类型card image为MAT8，如图11所示，依据材料的正交各向异性进行定义，即对材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc及复合材料层间剪切强度S进行定义，所定义材料属性card image为PCOMP。如图12所示，通过Number_of_plies定义复合材料铺层的层数，然后对每层的材料参数MID、铺层厚度T、铺层方向THETA、材料的失效准则FT以及是否输出每一层的应力、应变和失效因子结果SOUT来进行定义，通过Z0OPTIONS选项设置壳单元厚度偏置方法，需结合壳单元法线方向及实际几何模型确定选择TOP还是BOTTOM，以保证壳单元厚度偏置后与实际几何模型一致，其中，壳单元厚度偏置方法为单向偏置。
10)重复步骤1)～9)，完成客车整车各结构的有限元模型建模并合装到一起，以通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。
本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，对导入的客车几何模型中的夹芯材料几何模型进行清理和分割，并通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元，并检查判断实体单元的质量，在实体单元质量不满足预设要求时对实体单元进行调整，直至所有实体单元质量均满足预设要求，进而在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料。并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致，以及定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性，直至完成客车各部分有限元模型建模，并将客车各部分有限元模型进行合装，以便于通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。该方法能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
图13是本发明一个实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置的结构方框图。如图13所示，该装置包括导入模块10、分割模块20、划分模块30、生成模块40、查看调整模块50、定义模块60和合装模块70。
其中，导入模块10用于导入客车的几何模型，其中，几何模型包括夹芯材料几何模型。分割模块20用于对夹芯材料几何模型进行分割。划分模块30用于通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元。生成模块40用于在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，壳单元与实体单元共节点。查看调整模块50用于查看所有壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。定义模块60用于定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性。合装模块70用于在完成客车各部分有限元模型建模后，将客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。由此，能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
在本发明的一个实施例中，通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以及通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分时，均采用八节点六面体和六节点五面体进行网格划分。
可以理解，分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型个数大于分割后的不满足可映射条件的夹芯材料几何模型个数。
在本发明的一个实施例中，如图14所示，该客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置还包括清理模块80。
其中，清理模块80用于在导入客车的几何模型后，对夹芯材料几何模型进行几何清理，以消除不必要的细节，如消除夹芯材料几何模型中的错位、小孔，压缩相邻曲面间的边界等。
进一步地，在本发明的一个实施例中，客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置还可以包括检查判断模块90和调整模块100。
其中，检查判断模块90用于检查夹芯材料实体单元的质量，并判断是否所有夹芯材料实体单元的质量均满足预设要求。调整模块100用于在有夹芯材料实体单元的质量不满足预设要求时，调整质量不满足要求的实体单元，直至所有实体单元的质量均满足预设要求。
可选地，预设要求可以是建模软件(如Hypermesh等)默认的网格质量要求。
需要说明的是，在生成的实体单元的质量满足预设要求的前提下，直接在实体单元表面生成的壳单元质量必定也是满足预设要求的，此时无需再检查壳单元质量。
在本发明的一个实施例中，定义模块60定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性时，其中，定义模块60定义夹芯材料类型为MAT1，并根据夹芯材料的各向同性定义夹芯材料的弹性模量E、泊松比NU和密度RHO，以及定义夹芯材料的属性为PSOLID。
定义模块60定义壳单元的材料类型及属性时，其中，定义模块60定义薄壁复合材料材料类型为MAT8，并根据薄壁复合材料的正交各向异性定义薄壁复合材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc和薄壁复合材料层间剪切强度S，以及定义薄壁复合材料的材料属性为PCOMP。
进一步地，定义模块60定义壳单元的材料类型及属性时，定义模块60还用于定义薄壁复合材料铺层的层数，并定义每层的材料参数MID、铺层厚度T、铺层方向THETA、材料的失效准则FT以及是否输出每一层的应力、应变和失效因子结果SOUT；以及设置壳单元厚度偏置方法为单向偏置，其中，结合壳单元的法线方向及客车的几何模型选择TOP或BOTTOM作为单向偏置的方向，以保证壳单元厚度偏置后与实际几何模型一致。
为便于理解本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，在本发明的一个具体示例中，通过Hypermesh软件对客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模的流程进行说明：
1)在处理软件Hypermesh中的Optistruct求解器模块下，导入客车某一结构(如图2(a)所示的车身结构)的几何模型，其中，该结构的几何模型包括夹芯材料几何模型。
2)对该结构中间的夹芯材料(如图2(b)所示)几何模型进行几何清理。在页面菜单Geom下找到面板菜单quick edit，如图3所示，根据实际需要选择相应的几何清理命令完成对夹芯材料几何模型的几何清理。
3)对几何清理后的夹芯材料几何模型进行分割。在页面菜单Geom下找到面板菜单solid edit，如图4所示，可以运用trim with lines和trim with plane/surf两个命令模块，对夹芯材料几何模型进行分割，直到分割的几何模型大部分满足可映射条件。
4)对分割后的夹芯材料几何模型进行网格划分。在页面菜单3D下找到面板菜单solid map，如图5所示，对于可映射的几何模型，使用映射网格划分方法进行网格划分，选择one volume命令模块，对可映射的几何模型进行实体网格划分，进而在elems size输入网格尺寸，source shells选择mixed，volum to mesh处选择要划分网格的几何实体，点击mesh进行实体网格划分；对于不满足映射条件的几何实体，采用扫略网格划分方法进行网格划分，选择general命令模块，结合实际需要进行实体网格划分，以生成相应的实体单元。
5)检查生成的实体单元的网格质量。在页面菜单Tool下找到面板菜单checkelems，如图6所示，选择3d命令模块，如有个别实体单元的网格质量不满足要求，则调整相关网格，直至所有实体单元达到网格质量要求。
6)在实体单元表面生成壳单元，以模拟夹芯材料表面的复合材料。在页面菜单Tool下找到面板菜单faces，如图7所示，通过find faces命令，在已有的实体单元表面生成壳单元，以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，壳单元与实体单元共节点。由于步骤5)已经保证了生成的实体单元的网格质量满足要求，本步直接在实体单元表面生成的壳单元的网格也应满足网格质量要求，因此无需再检查壳单元的网格质量。
7)查看所有壳单元法线方向，将同一个组件里的壳单元法线方向调整为一致，将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。在页面菜单2D下找到面板菜单composites，如图8所示，通过element normals命令模块，查看所有壳单元法线方向，将同一个组件里的壳单元法线方向调整为一致，通过material orientation命令模块，将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致。
8)定义夹芯材料的实体单元的材料类型及属性。定义材料类型card image为MAT1，如图9所示，依据材料的各向同性进行定义，即对材料的弹性模量E、泊松比NU及密度RHO进行定义，所定义材料属性card image为PSOLID，如图10所示。
9)定义壳单元的材料类型及属性。定义材料类型card image为MAT8，如图11所示，依据材料的正交各向异性进行定义，即对材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc及复合材料层间剪切强度S进行定义，所定义材料属性card image为PCOMP。如图12所示，通过Number_of_plies定义复合材料铺层的层数，然后对每层的材料参数MID、铺层厚度T、铺层方向THETA、材料的失效准则FT以及是否输出每一层的应力、应变和失效因子结果SOUT来进行定义，通过Z0OPTIONS选项设置壳单元厚度偏置方法，需结合壳单元法线方向及实际几何模型确定选择TOP还是BOTTOM，以保证壳单元厚度偏置后与实际几何模型一致，其中，壳单元厚度偏置方法为单向偏置。
10)重复步骤1)～9)，完成客车整车各结构的有限元模型建模并合装到一起，以通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。
本发明实施例的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，通过清理模块对导入的客车几何模型中的夹芯材料几何模型进行清理，对清理后的夹芯材料几何模型进行分割，并通过划分模块采用映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，采用扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元，通过检查判断模块检查判断实体单元的质量，通过调整模块在实体单元质量不满足预设要求时进行调整直至其满足预设要求，进而通过生成模块在夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟夹芯材料表面的薄壁复合材料。并通过查看调整模块将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致，以及通过定义模块定义夹芯材料实体单元的材料类型及属性和壳单元的材料类型及属性，直至完成客车各部分有限元模型建模，并通过和装模块将客车各部分有限元模型进行合装，以便于通过施加边界条件对客车的有限元模型进行计算分析。该装置能够准确模拟客车结构的几何信息，提高了有限元分析的准确性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，导入所述客车的几何模型，其中，所述几何模型包括夹芯材料几何模型；
S2，对所述夹芯材料几何模型进行分割，并通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元；
S3，在所述夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟所述夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，所述壳单元与所述实体单元共节点；
S4，查看所有所述壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致；
S5，定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性和所述壳单元的材料类型及属性；
S6，重复上述步骤S1～S5，直至完成所述客车各部分有限元模型建模，并将所述客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对所述客车的有限元模型进行计算分析。
2.如权利要求1所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，其特征在于，所述通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以及通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分时，均采用八节点六面体和六节点五面体进行网格划分。
3.如权利要求1所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，其特征在于，所述定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性包括：
定义所述夹芯材料类型为MAT1，并根据所述夹芯材料的各向同性定义所述夹芯材料的弹性模量E、泊松比NU和密度RHO，以及定义所述夹芯材料的属性为PSOLID。
4.如权利要求1所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，其特征在于，所述定义所述壳单元的材料类型及属性包括：
定义所述薄壁复合材料材料类型为MAT8，并根据所述薄壁复合材料的正交各向异性定义所述薄壁复合材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc和薄壁复合材料层间剪切强度S，以及定义所述薄壁复合材料的材料属性为PCOMP。
5.如权利要求4所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模方法，还包括：
设置壳单元厚度偏置方法为单向偏置。
6.一种客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，其特征在于，包括：
导入模块，用于导入所述客车的几何模型，其中，所述几何模型包括夹芯材料几何模型；
分割模块，用于对所述夹芯材料几何模型进行分割；
划分模块，用于通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以分别生成相应的夹芯材料实体单元；
生成模块，用于在所述夹芯材料实体单元表面生成壳单元以模拟所述夹芯材料表面的薄壁复合材料，其中，所述壳单元与所述实体单元共节点；
查看调整模块，用于查看所有所述壳单元的法线方向，并将同一个组件里的壳单元的法线方向调整为一致，以及将同一个组件里的壳单元材料方向调整为一致；
定义模块，用于定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性和所述壳单元的材料类型及属性；
合装模块，用于在完成所述客车各部分有限元模型建模后，将所述客车各部分有限元模型进行合装，以通过施加边界条件对所述客车的有限元模型进行计算分析。
7.如权利要求6所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，其特征在于，所述通过映射网格划分方法对分割后的满足可映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分，以及通过扫略网格划分方法对分割后的不满足映射条件的夹芯材料几何模型进行网格划分时，均采用八节点六面体和六节点五面体进行网格划分。
8.如权利要求6所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，其特征在于，所述定义模块定义所述夹芯材料实体单元的材料类型及属性时，其中，
所述定义模块定义所述夹芯材料类型为MAT1，并根据所述夹芯材料的各向同性定义所述夹芯材料的弹性模量E、泊松比NU和密度RHO，以及定义所述夹芯材料的属性为PSOLID。
9.如权利要求6所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，其特征在于，所述定义模块定义所述壳单元的材料类型及属性时，其中，
所述定义模块定义所述薄壁复合材料材料类型为MAT8，并根据所述薄壁复合材料的正交各向异性定义所述薄壁复合材料的纵向弹性模量E1、侧向弹性模量E2、泊松比NU12、剪切模量G12、密度RHO、纵向抗拉强度Xt、纵向抗压强度Xc、侧向抗拉强度Yt、侧向抗压强度Yc和薄壁复合材料层间剪切强度S，以及定义所述薄壁复合材料的材料属性为PCOMP。
10.如权利要求9所述的客车薄壁复合材料间再夹芯结构的有限元建模装置，所述定义模块定义所述壳单元的材料类型及属性时，所述定义模块还用于：
设置壳单元厚度偏置方法为单向偏置。
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