CN109858116A - 一种基于abaqus的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，包括以下步骤：明确外部轮廓尺寸‑建立几何模型‑导入有限元分析软件ABAQUS并设置参数‑网格划分并于作业模块中创建作业文件并进行求解‑数据对比直至形成最终设计结果。本发明具有如下的优点：它明确了复合材料汽车引擎盖结构在数值分析时的具体步骤，节省大量人工计算成本，整个方法可降低设计成本、缩短设计与分析的循环周期，提供了优化设计途径。
Description
技术领域
本发明涉及汽车引擎盖结构数值仿真领域，特别涉及一种基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法。
背景技术
现有汽车引擎盖一般采用橡胶发泡棉和铝箔材料制造而成，能起到隔离发动机噪音及发动机工作时产生的热量、空气导流、保护发动机及周边管线配件等作用；但其重量较高，结构强度低，复合材料是一种新型结构件材料，具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，在国外已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑等领域，作为汽车覆盖件与金属相比有极大的优势。随着现代力学、数学、计算机技术的飞速发展，数值仿真的模拟分析结果有效性与三维可视化等特点，使得数值仿真在结构设计领域得到广泛应用。目前，国内复合材料汽车引擎盖结构数值仿真还处于起步阶段，没有明确进行数值仿真的具体方法。
现有传统汽车引擎盖结构设计优化过程如下：
1、采用人工利用力学结构计算以设计出结构方案；
2、以设计的结构形状进行金属板材冲压得到上盖板部分、加强结构筋部分及层间填充物，通过点焊连接各部分制作出样件；
3、进行碰撞测试，使用压感传感器采集测试数据；
4、分析测试结果，针对分析结果进行结构优化，并再次重复以上步骤进行优化设计，直到得到满意测试数据结果并输出设计结果。
上述过程利用力学结构计算，整体设计过程中人工占用率大，且消耗时间长、计算误差大；制作样件与测试分析过程中生产成本高、制作周期长。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，它明确了复合材料汽车引擎盖结构在数值分析时的具体步骤，可降低设计成本、缩短设计与分析的循环周期，提供了优化设计途径。
本发明的目的是这样实现的，一种基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，包括以下步骤：
S1，根据零部件厂商的汽车引擎盖外观设计要求，明确外部轮廓尺寸；
S2，根据汽车引擎盖几何尺寸，使用三维建模软件建立比例为1：1的汽车引擎盖几何模型；
S3，根据材料厂商所提供的属性参数，将汽车引擎盖几何模型导入有限元分析软件ABAQUS中进行复合材料的材料属性、层合结构设置；同时，按照零部件厂商的汽车引擎盖力学参数要求添加汽车引擎盖所受施加力参数和模型边界条件；
S4，在有限元分析软件ABAQUS中进行网格划分，划分格式为自由楔形五面体，在一定数值的单位网格种子条件下进行自动网格划分，然后于作业模块中创建作业文件并进行求解；
S5，根据作业求解所计算出的应力数值结果，对比整体复合材料汽车引擎盖最大结构内部应力与复合材料结构许用应力；
若汽车引擎盖最大结构内部应力大于复合材料结构许用应力除以设计要求参数中的结构安全系数的应力数值，则返回S1重新进行复合材料汽车引擎盖几何模型进行优化，并按照S2至S5再次进行基于ABAQUS的数值仿真计算；
若汽车引擎盖最大结构内部应力小于复合材料结构许用应力除以设计要求参数中的结构安全系数的应力数值则输出文件及模型属性，形成最终设计结果。
在本发明中，S2中三维建模软件优选SOLDWORKS；S2中几何模型尺寸为板状结构；S3中施加力为重力静力载荷与前端冲击载荷，重力静力为其自身的重力与前端冲击载荷之和；S4中所述一定数值为2～10；S5中复合材料结构许用应力复合材料最大屈服强度，单位为兆帕。
在本发明中，明确汽车引擎盖外部轮廓尺寸，建立比例为1：1的汽车引擎盖几何模型，根据材料厂商所提供的属性参数导入有限元分析软件ABAQUS中并添加汽车引擎盖所受施加力参数和模型边界条件，在进行网格划分创建作业文件并进行求解，对比整体复合材料汽车引擎盖最大结构内部应力与复合材料结构许用应力即可；步骤明确，且通过三维软件和ABAQUS进行操作，大大缩短了设计与分析的循环周期，为复合材料汽车引擎盖结构数值仿真优化了设计途径。与传统结构设计优化过程相比较，通过数值仿真软件进行的计算，使得结构优化过程转向信息化、自动化，节省大量人工计算成本，并且通过高度可视化的分析结果及时了解所设计产品的结构缺陷并对产品改良进行指导，确保复合材料汽车引擎盖结构设计的合理性并降低设计成本。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：它明确了复合材料汽车引擎盖结构在数值分析时的具体步骤，节省大量人工计算成本，整个方法可降低设计成本、缩短设计与分析的循环周期，提供了优化设计途径。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1是本发明复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法的流程图；
图2是本发明实施例中汽车引擎盖的几何模型图；
图3是本发明实施例中材料属性设置视图；
图4是本发明实施例1中层合结构参数设置视图；
图5是本发明实施例中施加力与边界条件分布图；
图6是本发明实施例1中数值仿真结果云图；
图7是本发明实施例2中层合结构参数设置视图；
图8是本发明实施例2中数值仿真结果云图。
图中：1.汽车引擎盖的几何模型；2.施加力；3.已被赋予属性的几何模型；4.边界条件；5.实施例1数值仿真结果云图；6.实施例1已被划分六面体网格的模型、可视化计算结果；7.实施例2数值仿真结果云图；8.实施例2可视化计算结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
由零部件厂商提供的复合材料汽车引擎盖的设计技术参数要求如表1所示，所述复合材料汽车引擎盖为板状结构，初步确定其外部轮廓为长2000mm、宽1500mm、厚18mm；
首先，对汽车引擎盖进行几何建模，为拥有纵向加强筋三条，横向加强筋一条的长1890mm、宽1454mm、厚17.5mm板状结构，如图2所示；
其次，按照表2材料厂商提供的属性参数，如图3、4所示，进行复合材料的材料属性、层合结构进行设置：其中所述材料属性包括弹性模量E1、E2；泊松比Nu12；剪切强度G12、G13、G23。同时按照设计参数要求添加汽车引擎盖所受施加力参数与模型边界条件，如图5所示，其中4所表示的三个指向中心三角形为边界条件，意义为模仿汽车引擎盖铰链连接；2所表示的向量箭头为施加力参数，意义为模仿汽车引擎盖所受静力面载荷与冲击载荷；
然后，因模型为异形件，使用自由楔形五面体进行网格划分，得到可创建作业文件的模型，如图6中已被划分六面体网格的模型、可视化计算结果；
最后，对模型进行计算分析求解，得到计算结果云图，如图6中数值仿真结果云图所示,可得其在设计技术参数要求的重力静力载荷，与前端冲击载荷下，整体复合材料汽车引擎盖最大结构内部应力为126.7MPa，大于复合材料结构许用应力，则不满足强度要求，同时可通过计算结果云图了解设计结构缺陷，如6已被划分六面体网格的模型、可视化计算结果所示，其应力集中于整体模型的中心部位置，分布过于集中，接下来根据复合材料层合设计理论重新设计，再次进行复合材料的材料属性、层合结构设置并计算，以寻求合理设计结论。
实施例2
根据所述实施例1中的数值仿真结论可以了解到的设计结构缺陷，进行了材料属性、层合结构进行设置，如图7所示，增加了角度为30°的层参数进一步分散应力；
首先，受益于复合材料特性，可以在不改变结构外形特征的情况下，通过修改内部成型结构，改变其力学性能，所以可以在不改变汽车引擎盖进行几何建模，的条件下进行结构优化，进一步节省分析与设计的耗时。所以其计算几何模型与实施例1中相同，如图2中汽车引擎盖的几何模型所示；
其次，按照材料厂商提供的属性参数，如图3、7所示，进行复合材料的材料属性、层合结构设置。
然后，同样因模型为异形件，使用自由楔形五面体进行网格划分，得到可创建作业文件的模型。图8是本发明实施例2中数值仿真结果云图
最后，对模型进行计算分析求解，得到计算结果云图，可得其在设计技术参数要求的重力静力载荷，与前端冲击载荷下，整体复合材料汽车引擎盖最大结构内部应力为49.8MPa，小于复合材料结构许用应力，则验证设计可行性完成，该种设计方案可行。
表1
表2
综合实施例内容，可以说明该种复合材料汽车引擎盖的设计验证方法能确保设计性，并提供了详细、明确可靠的分析计算操作步骤,能明显缩短分析与设计的循环周期，从而降低计算分析成本；同时可以通过该方法了解所设计的结构存在的缺陷并对产品改良进行明确指导。
Claims (6)
1.一种基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，包括以下步骤：
S1，根据零部件厂商的汽车引擎盖外观设计要求，明确外部轮廓尺寸；
S2，根据汽车引擎盖几何尺寸，使用三维建模软件建立比例为1：1的汽车引擎盖几何模型；
S3，根据材料厂商所提供的属性参数，将汽车引擎盖几何模型导入有限元分析软件ABAQUS中进行复合材料的材料属性、层合结构设置；同时按照零部件厂商的汽车引擎盖力学参数要求添加汽车引擎盖所受施加力参数和模型边界条件；
S4，在有限元分析软件ABAQUS中进行网格划分，划分格式为自由楔形五面体，在一定数值的单位网格种子条件下进行自动网格划分，然后于作业模块中创建作业文件并进行求解；
S5，根据作业求解所计算出的应力数值结果，对比整体复合材料汽车引擎盖最大结构内部应力与复合材料结构许用应力；
若汽车引擎盖最大结构内部应力大于复合材料结构许用应力除以设计要求参数中的结构安全系数的应力数值，则返回S1重新进行复合材料汽车引擎盖几何模型进行优化，并按照S2至S5再次进行基于ABAQUS的数值仿真计算；
若汽车引擎盖最大结构内部应力小于复合材料结构许用应力除以设计要求参数中的结构安全系数的应力数值则输出文件及模型属性，形成最终设计结果。
2.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，其特征在于：S2中三维建模软件为SOLDWORKS。
3.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，其特征在于：S2中几何模型尺寸为板状结构。
4.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，其特征在于：S4中所述一定数值为2～10。
5.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，其特征在于：S3中施加力为重力静力载荷与前端冲击载荷。
6.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的复合材料汽车引擎盖结构数值仿真方法，其特征在于：S5中复合材料结构许用应力复合材料最大屈服强度，单位为兆帕。
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