CN109308365B - 车门铰链的有限元建模方法及车门下垂刚度仿真试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车门铰链的有限元建模方法及车门下垂刚度仿真试验方法，有限元建模方法包括步骤：在车身侧铰链片和车门侧铰链片，其中一者的销轴孔内建立用于模拟销轴的第一BEAM单元，在另一者的销轴孔的边缘建立使用空壳材料模型的第二BEAM单元；将车身侧铰链片和车门侧铰链片进行刚性连接，且释放X轴和Y轴所在平面内的平动自由度和绕Z轴的旋转自由度；将第一BEAM单元和第二BEAM单元建立BEAM‑to‑BEAM的接触。如此设置，本发明提供的车门铰链的有限元建模方法，其能够有效提高车门铰链的建模精度，进而可以有效提高车门铰链的仿真测试精度。

Description

车门铰链的有限元建模方法及车门下垂刚度仿真试验方法
技术领域
本发明涉及车门铰链分析技术领域，更具体地说，涉及一种车门铰链的有限元建模方法及车门下垂刚度仿真试验方法。
背景技术
铰链是车门重要的保持件，铰链性能的好坏直接影响到车门性能的好坏，因此，在有限元中准确地模拟车门铰链，真实的反映铰链对车门性能的影响就显得尤为重要。
现有技术中车门铰链有限元建模方法主要有两种方案：
方案一，将铰链简化为旋转副，这种建模方法的实质是两片铰链之间只能产生绕销轴的转动，其它方向的自由度被刚性单元所限制。这种建模方法简单易行，但有两个主要的缺点：1、模型中没有对销轴进行模拟；2、忽略了销轴与铰链片之间的接触作用。所以这种建模方法创建的模型较粗糙，仿真精度也不高。
方案二，用释放旋转自由度的BEAM(梁)单元模拟铰链的销轴，销轴与铰链片采用刚性连接。这种建模方法较方案一有所精细，即用BEAM单元对销轴进行了模拟，但是BEAM单元与铰链片之间采用刚性单元连接，依然忽略了销轴与铰链之间的接触作用，模型仍不够精细，仿真精度也有较大的提高空间。
因此，如何能够提高车门铰链的建模精度、以提高仿真测试精度，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车门铰链的有限元建模方法，其能够有效提高车门铰链的建模精度，进而可以有效提高车门铰链的仿真测试精度。本发明的目的还在于提供一种车门下垂刚度仿真试验方法。
本发明提供的一种车门铰链的有限元建模方法，包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片，其中一者的销轴孔内建立用于模拟销轴的第一BEAM单元，在另一者的销轴孔的边缘建立使用空壳材料模型的第二BEAM单元，所述第一BEAM单元与其所在的销轴孔为刚性连接；
将所述车身侧铰链片和所述车门侧铰链片进行刚性连接，且释放X轴和Y轴所在平面内的平动自由度和绕Z轴的旋转自由度，其中，所述Z轴与所述第一BEAM单元的轴向一致，所述X轴和Y轴所在平面与所述第一BEAM单元的轴向垂直；
将所述第一BEAM单元和所述第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM的接触。
优选地，将所述第一BEAM单元和所述第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM的接触之后，还包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片之间、以及二者与车身或车门存在接触的区域设置相应的接触，并对各个部件赋予材料属性。
优选地，所述第一BEAM单元的半径与其所在的所述销轴孔的半径相等。
优选地，所述第二BEAM单元所在的所述销轴孔的上下边缘各建立一圈所述第二BEAM单元。
优选地，建立的所述第二BEAM单元的材料模型为空壳材料模型，其材料参数与其所在的铰链片的材料参数相同。
优选地，建立的所述第一BEAM单元的材料属性与其所在的铰链片的材料属性相同。
优选地，所述车身侧铰链片和车门侧铰链片都设置有上销轴孔和下销轴孔，所述第一BEAM单元建立在其所在的铰链片的上销轴孔和下销轴孔之间；所述第二BEAM单元所在的所述铰链片的上销轴孔和下销轴孔的上下边缘都建立所述第二BEAM单元。
本发明还提供了一种车门下垂刚度仿真试验方法，使用如上所述的有限元建模方法建立的仿真模型进行仿真，包括步骤：
在车门模型的预设位置加载预设载荷；
获取所述车门模型的下垂刚度。
本发明提供的车门铰链的有限元建模方法，在车身侧铰链片和车门侧铰链片，其中一者的销轴孔内建立用于模拟销轴的第一BEAM单元，在另一者的销轴孔的边缘建立第二BEAM单元，比如，可以在车身侧铰链片的轴孔内建立第一BEAM单元，在车门侧铰链片的销轴孔的边缘建立第二BEAM单元。用于模拟销轴的第一BEAM单元与车身侧的铰链片刚性连接；第二BEAM单元使用空壳材料模型，以便第一BEAM单元能够设置到第二BEAM单元的内部。车门侧和车身侧的铰链片通过释放XY向平动和绕Z向转动自由度的刚性单元连接，其中，Z轴方向与销轴的轴向一致，如此，两片铰链之间可以产生XY平面内的错动以及绕销轴的转动；而后将第一BEAM单元和第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM(梁和梁)的接触，销轴与车门侧铰链片的相互作用关系将通过该接触传递。如此设置，采用该模型模拟车门下垂刚度，可将车门下垂刚度的仿真精度从55％提高至80％左右，本发明的测试精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中有限元建模方法的流程示意图。
具体实施方式
本具体实施方式的目的在于提供一种车门铰链的有限元建模方法，其能够有效提高车门铰链的建模精度，进而可以有效提高车门铰链的仿真测试精度。本具体实施方式的目的还在于提供一种车门下垂刚度仿真试验方法。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
请参考图1，本实施例提供的一种车门铰链的有限元建模方法，包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片，其中一者的销轴孔内建立用于模拟销轴的第一BEAM(梁)单元，在另一者的销轴孔的边缘建立第二BEAM(梁)单元。比如，可以在车身侧铰链片的销轴孔内建立模拟销轴的第一BEAM单元，在车门侧铰链片的销轴孔内建立第二BEAM单元。其中，第一BEAM单元与车身侧铰链片的销轴孔为刚性连接，第二BEAM单元空壳材料模型；
将车身侧铰链片和车门侧铰链片进行刚性连接，且释放X轴和Y轴所在平面内的平动自由度和绕Z轴的旋转自由度，其中，Z轴与第一BEAM单元的轴向一致，X轴和Y轴所在平面与第一BEAM单元的轴向垂直，如此，车身侧铰链片能够产生XY平面内的错动以及绕销轴的转动；
将第一BEAM单元和第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM(梁和梁)的接触，销轴与车门侧铰链片的相互作用关系将通过该接触传递。
如此，即完成了车门铰链的有限元建模，通过该仿真模型测试车门下垂刚度时，只需向车门加载预设载荷，即可输出车门下垂刚度，经过试验证明，采用本实施例提供的模型模拟车门下垂刚度，可将车门下垂刚度的仿真精度从55％提高至80％左右，本发明的仿真精度更高。
为了进一步提高仿真精度，本实施例中在进行将第一BEAM单元和第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM的接触之后，还包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片之间、以及二者与车身或车门存在接触的区域设置相应的接触，并对各个部件赋予材料属性。
如此，可模拟车身铰链片和车门侧铰链片之间的真实接触、以及二者与车门或车身的真实接触，并且赋予与真实材料属性相同的材料属性，使得模拟精度进一步得到了提高。
需要说明的是，上述第一BEAM单元的半径与其所在的销轴孔的半径相等，以使得模拟销轴的第一BEAM单元能够更加真实的模拟销轴与销轴孔的配合关系。
另外，本实施例中，第二BEAM单元所在的销轴孔的上下边缘各建立一圈第二BEAM单元。这样，第二BEAM单元建立在销轴孔的上下边缘位置，更真实的模拟现实中的销轴与销轴孔的接触。
进一步地，建立的所述第二BEAM单元的材料模型为空壳材料模型，其材料参数与其所在的铰链片的材料参数相同。建立的第一BEAM单元的材料属性与其所在的铰链片的材料属性相同。这样，建立的第一BEAM单元和第二BEAM单元的材料属性与现实情况相同，不会因第一BEAM单元和第二BEAM单元的材料属性对模拟精度造成影响。
本实施例中，车身侧铰链可以设置有上销轴孔和下销轴孔，同样，车门侧铰链片可以设置有上销轴孔和下销轴孔，以与现实中的铰链片结构相一致。当然，车身侧铰链片和车门侧铰链片也可根据实际情况具体设定成其它结构，本文不再进行一一说明。第一BEAM单元建立在其所在的铰链片的上销轴孔和下销轴孔之间；第二BEAM单元所在的铰链片的上销轴孔和下销轴孔的上下边缘都建立第二BEAM单元，以能够更加真实的反映销轴和销轴孔的接触。
本实施例还提供了一种车门下垂刚度仿真试验方法，使用如上任一实施例所述的有限元建模方法建立的仿真模型进行仿真，包括步骤：
在车门模型的预设位置加载预设载荷；
获取所述车门模型的下垂刚度。
如此，通过上述仿真模型进行仿真，能够更加精确地仿真出车门模型的下垂刚度，该有益效果的推导过程与上述有限元建模方法所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车门铰链的有限元建模方法，其特征在于，包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片，其中一者的销轴孔内建立用于模拟销轴的第一BEAM单元，在另一者的销轴孔的边缘建立使用空壳材料模型的第二BEAM单元，所述第一BEAM单元与其所在的销轴孔为刚性连接；
将所述车身侧铰链片和所述车门侧铰链片进行刚性连接，且释放X轴和Y轴所在平面内的平动自由度和绕Z轴的旋转自由度，其中，所述Z轴与所述第一BEAM单元的轴向一致，所述X轴和Y轴所在平面与所述第一BEAM单元的轴向垂直，车身侧铰链片能够产生XY平面内的错动以及绕销轴的转动；
将所述第一BEAM单元和所述第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM的接触。
2.如权利要求1所述的有限元建模方法，其特征在于，将所述第一BEAM单元和所述第二BEAM单元建立BEAM-to-BEAM的接触之后，还包括步骤：
在车身侧铰链片和车门侧铰链片之间、以及二者与车身或车门存在接触的区域设置相应的接触，并对各个部件赋予材料属性。
3.如权利要求1所述的有限元建模方法，其特征在于，所述第一BEAM单元的半径与其所在的所述销轴孔的半径相等。
4.如权利要求1所述的有限元建模方法，其特征在于，所述第二BEAM单元所在的所述销轴孔的上下边缘各建立一圈所述第二BEAM单元。
5.如权利要求2所述的有限元建模方法，其特征在于，建立的所述第二BEAM单元的材料模型为空壳材料模型，其材料参数与其所在的铰链片的材料参数相同。
6.如权利要求2所述的有限元建模方法，其特征在于，建立的所述第一BEAM单元的材料属性与其所在的铰链片的材料属性相同。
7.如权利要求1所述的有限元建模方法，其特征在于，所述车身侧铰链片和车门侧铰链片都设置有上销轴孔和下销轴孔，所述第一BEAM单元建立在其所在的铰链片的上销轴孔和下销轴孔之间；所述第二BEAM单元所在的所述铰链片的上销轴孔和下销轴孔的上下边缘都建立所述第二BEAM单元。
8.一种车门下垂刚度仿真试验方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的有限元建模方法建立的仿真模型进行仿真，包括步骤：
在车门模型的预设位置加载预设载荷；
获取所述车门模型的下垂刚度。
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