CN108573081A - 一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于设备领域，具体涉及一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，包括热仿真过程中的数据处理和提取；力学仿真中的数据处理和提取；将提取的数据进行热力耦合和求解，对结果进行后处理，热力耦合模拟结果能够反映车灯反射镜的热变形，评估灯具的明暗截止线偏移，其中，热力耦合模拟车灯反射镜的热变形通过联合仿真技术实现。本发明的有益效果是：对灯具有限元网格模型进行施加载荷和约束，考虑灯具反射镜热变形，分析明暗截止线偏移，因此本发明的分析方法相对传统分析方法结果更加可靠准确。

Description

一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法
技术领域
本发明属于设备领域，具体涉及一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，车灯在人们行车过程中有着非常重要的作用，现在相关法规中对汽车车灯照明性能的要求也是越来越高。汽车灯具中，前照灯和前雾灯具有远近光调节的功能，相关法规中对前照灯和前雾灯的明暗截止线偏移有着明确规定。在行车过程中，灯具处于点亮状态时，明暗截止线高度会发生变化，明暗截止线过高会使对面的来车或行人感到炫目，过低会使驾驶员无法看清车前视野，存在安全隐患；因此，明暗截止线偏移的稳定性对于驾驶安全有着重要意义。
目前，评估灯具明暗截止线的分析方法是：基于CAE建立灯具模型；将建模完成后的灯具模型进行施加载荷与约束，以便模拟灯具模型在行车过程中的真实状态；根据相关法规要求，对灯具模型添加激励载荷，分析灯具的明暗截止线偏移；然后评估模拟中的明暗截止线偏移是否超过标准值。
这种方法存在着一定的问题：如图1所示，在行车过程中，灯具处于点亮状态时，上述评估灯具明暗截止线的分析结果并不准确。汽车在行驶过程中，灯具在点亮状态时灯具中光源产生的热量会传递到灯具中的各组成部件，灯具由于温度分布不均及热膨胀系数的不同，灯具各部件(如产生明暗截止光线2的遮挡部件1)将会产生不同程度的热变形，并与其他载荷产生的变形进行叠加，这将会导致明暗截止光线2偏离其初始位置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种对灯具有限元网格模型进行施加载荷和约束，考虑灯具反射镜热变形，分析明暗截止线偏移，因此本发明的分析方法相对传统分析方法结果更加可靠准确的热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其包括如下步骤，
步骤101：进行设计输入，应用3D建模软件建立灯具几何模型；
步骤102：将步骤101中处理好的灯具模型导入至热学模拟软件中，进行灯具热学模拟，建立灯具有限元网格模型，并进行边界条件的设定，指定灯具中各部件的材料热学参数；选择解算方案，求解出灯具在点亮后的温度场，评估灯具中各部件的温度；
步骤103：将步骤101中处理好的灯具模型导入至力学模拟软件中，进行灯具力学模拟，在有限元网格模型中，划分网格并进行网格单元质量的检查，指定灯具中各部件的材料属性参数，设置灯具中各部件之间连接关系，对灯具与车身固定的各个安装点施加自由度约束，自由度约束设定为实际工况相同的约束；
步骤104：将步骤102的热学模拟结果文件导入至步骤103中的力学模拟软件中，并对灯具中与车身固定的各个安装点添加激励载荷，选择求解器求解；
步骤105：完成步骤104的求解后，对力学模拟结果中灯具明暗截止线偏移量进行评估，判断步骤104模拟结果中灯具明暗截止线偏移量是否符合设计要求；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量不符合设计要求，则提出结构优化方案，更新零件结构，在步骤101中重新建立灯具几何模型并继续分析；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量符合设计要求，则灯具结构设计合理，结束仿真分析并保存结果。
简而言之，本发明包括热仿真过程中的数据处理和提取；力学仿真中的数据处理和提取；将提取的数据进行热力耦合和求解，对结果进行后处理，热力耦合模拟结果能够反映车灯反射镜的热变形，评估灯具的明暗截止线偏移，其中，热力耦合模拟车灯反射镜的热变形通过联合仿真技术实现。本发明的进行反射镜热力耦合分析的主要过程是在灯具各部件之间无干涉的前提下进行的，也就是说在进行反射镜热力耦合分析之前，需要进行灯具结构合理化设计。接着，本发明利用有限元分析软件，进行热力耦合模拟，来分析灯具点亮后的状态；获得反射镜的等效应变场，反射镜发生热变形后，灯具的明暗截止线偏移程度将会有所改变。评估灯具明暗截止线的传统分析方法中是不考虑热变形的，而本发明对灯具有限元网格模型进行施加载荷和约束，考虑灯具反射镜热变形，分析明暗截止线偏移，因此本发明的分析方法相对传统分析方法(不考虑热变形)结果更加可靠准确，如下表所示。
表1
本发明可高效便捷地实现具有相应要求的汽车的前部灯具明暗截止线偏移量的分析，大大缩短了灯具项目开发周期，为项目初期评价车灯照明性能提供了重要的依据；避免了汽车行驶过程中，由于前照灯和前雾灯明暗截止线偏移量较大，导致对面行驶车辆或行人感到炫目，使得驾驶员或行人无法看清前方视野，存在安全隐患。对比传统分析方法(不考虑热变形)结果评估灯具明暗截止线偏移量，本发明通过一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，分析灯具明暗截止线偏移量，可以大幅提高模拟结果的可靠性；本发明在热学模拟分析基础上进行基于力学模拟分析的车灯反射镜热变形对灯具明暗截止线偏移量的影响，该方法对灯具的设计具有重要的理论意义和应用价值，该方法避免了传统经验设计的缺点，具有设计周期短、精度高、效率高的特点，并且灯具结构设计的缺陷能够在本发明的分析方法中被发现和改正，大大缩短了灯具设计的开发周期，显著地降低了灯具设计成本，尤其适合于没有经验可循的新灯具的开发。本方法适用于汽车的前照灯和前雾灯处于点亮状态，分析灯具的明暗截止线偏移。
具体地，在步骤101中，建立几何模型后，再应用3D建模软件对灯具几何模型模拟分析结果产生偏差影响的特征进行抑制；模型偏差更趋近于实际，分析效果更精准。
优选地，对模拟分析结果产生偏差影响的特征包括倒角、细小碎面花纹和突起；模型偏差更趋近于实际，分析效果更精准。
具体地，在步骤102中，边界条件的设定包括环境温度和热源功率，热学模拟效果真实。
进一步地，在步骤102中，指定的灯具中各部件的材料热学参数包括密度、比热容和导热系数，热学模拟效果真实，仿真效果好。
具体地，在步骤103中，指定的灯具中各部件的材料属性包括密度、弹性模量、泊松比和热膨胀系数，力学模拟效果真实，仿真效果好。
优选地，热学模拟软件为CFD软件，软件操作简单，分析效率高，模型趋于真实。
同理，优选地，力学模拟软件为NX NASTRAN软件。
另一个可选的方案是，步骤102和步骤103的先后顺序进行调换，也可同时进行，分析数据效率更高。
本发明的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法的有益效果是：
1.本发明对灯具有限元网格模型进行施加载荷和约束，考虑灯具反射镜热变形，分析明暗截止线偏移，因此本发明的分析方法相对传统分析方法(不考虑热变形)结果更加可靠准确。
2.本发明可高效便捷地实现具有相应要求的汽车的前部灯具明暗截止线偏移量的分析，大大缩短了灯具项目开发周期，为项目初期评价车灯照明性能提供了重要的依据；避免了汽车行驶过程中，由于前照灯和前雾灯明暗截止线偏移量较大，导致对面行驶车辆或行人感到炫目，使得驾驶员或行人无法看清前方视野，存在安全隐患；
3.该方法避免了传统经验设计的缺点，具有设计周期短、精度高、效率高的特点，并且灯具结构设计的缺陷能够在本发明的分析方法中被发现和改正，大大缩短了灯具设计的开发周期，显著地降低了灯具设计成本，尤其适合于没有经验可循的新灯具的开发。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是汽车车灯产生明暗截止线的示意图；
图2是本发明的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法的示意图。
其中:1.遮挡部件；2.明暗截止光线。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图2所示的本发明的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法的具体实施例，其包括如下步骤，
步骤101：进行设计输入，应用3D建模软件建立灯具几何模型；
步骤102：将步骤101中处理好的灯具模型导入至热学模拟软件中，进行灯具热学模拟，建立灯具有限元网格模型，并进行边界条件的设定，指定灯具中各部件的材料热学参数；选择解算方案，求解出灯具在点亮后的温度场，评估灯具中各部件的温度；
步骤103：将步骤101中处理好的灯具模型导入至力学模拟软件中，进行灯具力学模拟，在有限元网格模型中，划分网格并进行网格单元质量的检查，指定灯具中各部件的材料属性参数，设置灯具中各部件之间连接关系，对灯具与车身固定的各个安装点施加自由度约束，自由度约束设定为实际工况相同的约束；
步骤104：将步骤102的热学模拟结果文件导入至步骤103中的力学模拟软件中，并对灯具中与车身固定的各个安装点添加激励载荷，选择求解器求解；
步骤105：完成步骤104的求解后，对力学模拟结果中灯具明暗截止线偏移量进行评估，判断步骤104模拟结果中灯具明暗截止线偏移量是否符合设计要求；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量不符合设计要求，则提出结构优化方案，更新零件结构，在步骤101中重新建立灯具几何模型并继续分析；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量符合设计要求，则灯具结构设计合理，结束仿真分析并保存结果。
简而言之，本实施例包括热仿真过程中的数据处理和提取；力学仿真中的数据处理和提取；将提取的数据进行热力耦合和求解，对结果进行后处理，热力耦合模拟结果能够反映车灯反射镜的热变形，评估灯具的明暗截止线偏移，其中，热力耦合模拟车灯反射镜的热变形通过联合仿真技术实现。
本实施例的进行反射镜热力耦合分析的主要过程是在灯具各部件之间无干涉的前提下进行的，也就是说在进行反射镜热力耦合分析之前，需要进行灯具结构合理化设计。接着，本实施例利用有限元分析软件，进行热力耦合模拟，来分析灯具点亮后的状态；获得反射镜的等效应变场，反射镜发生热变形后，灯具的明暗截止线偏移程度将会有所改变。评估灯具明暗截止线的传统分析方法中是不考虑热变形的，而本实施例对灯具有限元网格模型进行施加载荷和约束，考虑灯具反射镜热变形，分析明暗截止线偏移，因此本实施例的分析方法相对传统分析方法(不考虑热变形)结果更加可靠准确，如下表所示。
表1
本实施例可高效便捷地实现具有相应要求的汽车的前部灯具明暗截止线偏移量的分析，大大缩短了灯具项目开发周期，为项目初期评价车灯照明性能提供了重要的依据；避免了汽车行驶过程中，由于前照灯和前雾灯明暗截止线偏移量较大，导致对面行驶车辆或行人感到炫目，使得驾驶员或行人无法看清前方视野，存在安全隐患。对比传统分析方法(不考虑热变形)结果评估灯具明暗截止线偏移量，本实施例通过一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，分析灯具明暗截止线偏移量，可以大幅提高模拟结果的可靠性；本实施例在热学模拟分析基础上进行基于力学模拟分析的车灯反射镜热变形对灯具明暗截止线偏移量的影响，该方法对灯具的设计具有重要的理论意义和应用价值，该方法避免了传统经验设计的缺点，具有设计周期短、精度高、效率高的特点，并且灯具结构设计的缺陷能够在本发明的分析方法中被发现和改正，大大缩短了灯具设计的开发周期，显著地降低了灯具设计成本，尤其适合于没有经验可循的新灯具的开发。本方法适用于汽车的前照灯和前雾灯处于点亮状态，分析灯具的明暗截止线偏移。
具体地，在步骤101中，建立几何模型后，再应用3D建模软件对灯具几何模型模拟分析结果产生偏差影响的特征进行抑制；模型偏差更趋近于实际，分析效果更精准。
优选地，对模拟分析结果产生偏差影响的特征包括倒角、细小碎面花纹和突起；模型偏差更趋近于实际，分析效果更精准。
具体地，在步骤102中，边界条件的设定包括环境温度和热源功率，热学模拟效果真实。
进一步地，在步骤102中，指定的灯具中各部件的材料热学参数包括密度、比热容和导热系数，热学模拟效果真实，仿真效果好。
具体地，在步骤103中，指定的灯具中各部件的材料属性包括密度、弹性模量、泊松比和热膨胀系数，力学模拟效果真实，仿真效果好。
优选地，热学模拟软件为CFD软件，软件操作简单，分析效率高，模型趋于真实。
同理，优选地，力学模拟软件为NX NASTRAN软件。
另一个可选的方案是，步骤102和步骤103的先后顺序进行调换，也可同时进行，分析数据效率更高。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤101：进行设计输入，应用3D建模软件建立灯具几何模型；
步骤102：将步骤101中处理好的灯具模型导入至热学模拟软件中，进行灯具热学模拟，建立灯具有限元网格模型，并进行边界条件的设定，指定灯具中各部件的材料热学参数；选择解算方案，求解出灯具在点亮后的温度场，评估灯具中各部件的温度；
步骤103：将步骤101中处理好的灯具模型导入至力学模拟软件中，进行灯具力学模拟，在有限元网格模型中，划分网格并进行网格单元质量的检查，指定灯具中各部件的材料属性参数，设置灯具中各部件之间连接关系，对灯具与车身固定的各个安装点施加自由度约束，所述自由度约束设定为实际工况相同的约束；
步骤104：将步骤102的热学模拟结果文件导入至步骤103中的力学模拟软件中，并对灯具中与车身固定的各个安装点添加激励载荷，选择求解器求解；
步骤105：完成步骤104的求解后，对力学模拟结果中灯具明暗截止线偏移量进行评估，判断步骤104模拟结果中灯具明暗截止线偏移量是否符合设计要求；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量不符合设计要求，则提出结构优化方案，更新零件结构，在步骤101中重新建立灯具几何模型并继续分析；
若模拟结果中灯具明暗截止线偏移量符合设计要求，则灯具结构设计合理，结束仿真分析并保存结果。
2.根据权利要求1所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：在所述步骤101中，建立几何模型后，再应用3D建模软件对灯具几何模型模拟分析结果产生偏差影响的特征进行抑制。
3.根据权利要求2所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：对模拟分析结果产生偏差影响的特征包括倒角、细小碎面花纹和突起。
4.根据权利要求1所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：在所述步骤102中，边界条件的设定包括环境温度和热源功率。
5.根据权利要求1或4所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：在所述步骤102中，指定的灯具中各部件的材料热学参数包括密度、比热容和导热系数。
6.根据权利要求1所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：在所述步骤103中，指定的灯具中各部件的材料属性包括密度、弹性模量、泊松比和热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：所述热学模拟软件为CFD软件。
8.根据权利要求1所述的一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：所述力学模拟软件为NX NASTRAN软件。
9.一种热力耦合模拟汽车车灯反射镜的热变形分析方法，其特征在于：权利要求1中的所述步骤102和步骤103的先后顺序进行调换。
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