CN108470088A - 一种汽车前门有限元刚度分析方法 - Google Patents

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张志宪
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Abstract

本发明公开了一种汽车前门有限元刚度分析方法，按照一定的规律对已经建立好的前门有限元模型中的某些特定点进行重新编号。针对不同的性能分析编制不同的头文件，每个头文件都引用同一个前门的有限元模型，目的是可以使用同一前门的有限元模型进行不同性能的分析和评估，减少前处理工作，提高模型的利用率。通过批处理命令将所有的待求解模型一起提交给求解器进行计算。本发明的方法可以自动判断所有模型是否计算完毕，在完成所有计算之后会自动对结果进行一系列原本需要手工操作的后处理工作，最后只输出关键结果值和图片，并保留关键计算结果。分析过程无需人工干预，释放了大量的人力资源，不会出现由于人工操作而出现的失误。

Description

一种汽车前门有限元刚度分析方法
技术领域
本发明涉及一种刚度分析方法，尤其是涉及一种汽车前门有限元刚度分析方法。
背景技术
CAE技术可以缩短产品开发周期、优化产品结构、提高产品性能、延长产品寿命、降低开发成本。运用分析可以对产品进行动静态分析、过程模拟及优化设计。通过分析可以及早发现产品设计中的缺陷，减少设计的盲目性，使产品结构设计由经验设计向优化设计转变，从而提高产品的竞争力。因而，分析已经被广泛用于帮助工程师执行诸如分析、仿真、设计、制造等任务。它已广泛的应用于众多行业，如航天航空、汽车交通、水利水电、建筑工程、电子电器、港口船舶等等。
现代计算机的高速发展为有限元理论和技术的快速发展提供了基础，使人们可以使用高性能计算机求解更大、更复杂的有限元模型，可以使同等规模的有限元模型的计算时间大大缩短，可以在有限的时间内验证更多的优化方案。
汽车的前门是整车当中的一个重要组成部分，在进行前门的结构设计和优化过程中，需要对结构的刚度、强度、和动力学性能进行评估，利用技术对前门结构的各项性能进行分析，寻找最优的结构优化方案，可以极大的缩短设计时间，降低试验和开发成本。
在对前门进行分析的过程中，除需要手工对前门进行建模和连接等前处理工作外，还需要设置边界条件、施加载荷、提交计算等人工操作、另外还有一系列步骤繁多的对结果进行后处理的人工操作，以至于人工操作的时间都已经超过计算机求解模型的时间，造成极大的人力资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，通过提供一种汽车前门有限元刚度分析方法，提高汽车前门刚度而进行汽车前门结构优化，解决上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
第一步，从CAD软件中对汽车前门几何模型进行数据导出。
第二步，将导出数据传输至CAE软件中进行建模，并对其有限元节点进行设定。
第三步，节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车前门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式{U}＝{F}·[K]-1获得车前门节点的位移矩阵{U}。
第四步，将逆矩阵[K]-1向车前门节点的法向方向进行投影以获得车前门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式{Un}＝{F}·[Kn]-1获得车前门节点的法向位移矩阵{Un}。
第五步，将获得的法向位移矩阵{Un}转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车前门节点的法向位移云图。
第六步，根据车前门节点的法向位移云图的显示结果来确定车前门钣金刚度薄弱区。
第七步，调整车前门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述第一至第六步步骤或调整车前门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述第二至第六步骤。
第八步，在步骤七进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
作为本发明的一种优选技术方案，第三步中的{F}为作用在每个车前门节点上的力组成的力矩阵。
作为本发明的一种优选技术方案，第三步中的[K]-1是刚度矩阵[K]的逆矩阵。
作为本发明的一种优选技术方案，第四步中的法向刚度是指车前门钣金结构上的节点的法向方向的刚度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述法向方向的刚度即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值。
与目前技术相比，本发明的有益效果是：该种汽车前门有限元刚度分析方法，按照一定的规律对已经建立好的前门有限元模型中的某些特定点进行重新编号。针对不同的性能分析编制不同的头文件，每个头文件都引用同一个前门的有限元模型，目的是可以使用同一前门的有限元模型进行不同性能的分析和评估，减少前处理工作，提高模型的利用率。通过批处理命令将所有的待求解模型一起提交给求解器进行计算。本发明的方法可以自动判断所有模型是否计算完毕，在完成所有计算之后会自动对结果进行一系列原本需要手工操作的后处理工作，最后只输出关键结果值和图片，并保留关键计算结果。分析过程无需人工干预，释放了大量的人力资源，且结果准确无误，不会出现由于人工操作而出现的失误。经本发明提出的方法处理过某些型号的汽车前门结构设计，其结果验证了本发明的有效性和高效性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的分析流程图；
图2为某车型前车门结构
图3为某车型前车门优化结构
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：本发明提供了一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
第一步，从CAD软件中对汽车前门几何模型进行数据导出。
第二步，将导出数据传输至CAE软件中进行建模，并对其有限元节点进行设定。
第三步，节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车前门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式{U}＝{F}·[K]-1获得车前门节点的位移矩阵{U}。
第四步，将逆矩阵[K]-1向车前门节点的法向方向进行投影以获得车前门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式{Un}＝{F}·[Kn]-1获得车前门节点的法向位移矩阵 {Un}。
第五步，将获得的法向位移矩阵{Un}转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车前门节点的法向位移云图。
第六步，根据车前门节点的法向位移云图的显示结果来确定车前门钣金刚度薄弱区。
第七步，调整车前门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述第一至第六步骤或调整车前门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述第二至第六步骤。
第八步，在步骤七进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
在上述实施例中，第三步中的{F}为作用在每个车前门节点上的力组成的力矩阵。
在上述实施例中，第三步中的[K]-1是刚度矩阵[K]的逆矩阵。
在上述实施例中，第四步中的法向刚度是指车前门钣金结构上的节点的法向方向的刚度。
在上述实施例中，所述法向方向的刚度即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值。
该种汽车前门有限元刚度分析方法，按照一定的规律对已经建立好的前门有限元模型中的某些特定点进行重新编号。针对不同的性能分析编制不同的头文件，每个头文件都引用同一个前门的有限元模型，目的是可以使用同一前门的有限元模型进行不同性能的分析和评估，减少前处理工作，提高模型的利用率。通过批处理命令将所有的待求解模型一起提交给求解器进行计算。本发明的方法可以自动判断所有模型是否计算完毕，在完成所有计算之后会自动对结果进行一系列原本需要手工操作的后处理工作，最后只输出关键结果值和图片，并保留关键计算结果。分析过程无需人工干预，释放了大量的人力资源，且结果准确无误，不会出现由于人工操作而出现的失误。经本发明提出的方法处理过某些型号的汽车前门结构设计，其结果验证了本发明的有效性和高效性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
第一步，从CAD软件中对汽车前门几何模型进行数据导出。
第二步，将导出数据传输至CAE软件中进行建模，并对其有限元节点进行设定。
第三步，节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车前门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式{U}＝{F}·[K]-1获得车前门节点的位移矩阵{U}。
第四步，将逆矩阵[K]-1向车前门节点的法向方向进行投影以获得车前门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式{Un}＝{F}·[Kn]-1获得车前门节点的法向位移矩阵{Un}。
第五步，将获得的法向位移矩阵{Un}转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车前门节点的法向位移云图。
第六步，根据车前门节点的法向位移云图的显示结果来确定车前门钣金刚度薄弱区。
第七步，调整车前门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述第一至第六步骤或调整车前门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述第一至第六步骤。
第八步，在步骤七进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
2.根据权利要求1所述的一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，第三步中的{F}为作用在每个车前门节点上的力组成的力矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，第三步中的[K]-1是刚度矩阵[K]的逆矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，第四步中的法向刚度是指车前门钣金结构上的节点的法向方向的刚度。
5.根据权利要求4所述的一种汽车前门有限元刚度分析方法，其特征在于，所述法向方向的刚度即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109697311A (zh) * 2018-12-10 2019-04-30 山东国金汽车制造有限公司 一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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