CN111090906B - 一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，利用python进行二次开发，以单元节点数量较少的数组nb1中的单元节点为基础，在数组nb2中单元节点集中寻找与之距离尽量短的单元节点进行配对，当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，还通过非线性弹簧连接节点配对成功的两个单元节点，直至两个粘合部件接触面上的全部节点均配对成功，且均建立了非线性弹簧，完成非线性弹簧建模。本发明利用非线性弹簧模型代替胶水实物模型，可在随机振动仿真分析测试中，通过3个分量计算获得相应的拉伸应力、剪切应力，并根据实际情况，选择相应的应力作为胶水失效的判断依据，大幅度地提高了模型测试的可操作性与准确率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆稳定性测试技术领域，尤其涉及一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法。
背景技术
应力状态(stress state)是指物体受力作用时，其内部应力的大小和方向不仅随截面的方位而变化，而且在同一截面上的各点处也不一定相同。通过物体内一点可以作出无数个不同取向的截面，其中一定可以选出三个互相垂直的截面，在它上面只有正应力作用，剪应力等于零，用这三个截面表达的某点上的应力，即称为此点的应力状态。
三个主应力不等，且都不等于零的应力状态称为三轴(三维、空间)应力状态；如有一个主应力等于零，则称为双轴(二维、平面)应力状态；如有两个主应力等于零则称为单轴(或单向)应力状态。
在车载显示屏中，通常使用双面胶、点胶等粘合剂将两个部件粘合在一起。但是，在车辆行进过程中，产生的随机振动将会带动显示屏晃动，同时也将造成粘合剂的失效，使得原本粘合在一起的两个部件脱离开来。
因此，在车辆测试时，还包括对车载显示屏的随机振动进行有限元分析，并通过仿真计算得到的粘胶应力值判断其失效的可能性。
现有的胶水实体建模的仿真计算得到的胶的应力值为等效值，因此，无法获得其各个分量的应力值，例如拉伸应力和剪切应力。而胶的失效准则是根据实际情况的不同，采用其失效时的拉伸应力或剪切应力作为依据，因为不能够清晰的获得各个分量的应力值，在进行胶的失效判断时，也将无法获得准确地失效判断结论。
发明内容
本发明提供一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，解决了现有的胶水实体建模分应力数据难以获取、失效判断准确率低技术问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，包括步骤：
S.以第一节点集的单元节点为基础，在第二节点集中寻找与所述第一节点集距离最短的单元节点进行配对，在充分利用单元节点的前提下，保证数量较少的节点集的单元节点均能完成节点配对；
在所述步骤S中，一个非线性弹簧的两端分别连接在第一、第二粘合部件的单元节点上，所述第一、第二粘合部件的所有单元节点分别构成所述第一节点集、所述第二节点集。
所述步骤S具体包括步骤：
S1、分别在两个粘合部件的粘合面上预设多个单元节点，并根据所述单元节点的归属分别归类到两个单元节点数组即所述第一节点集和所述第二节点集里；
S2、以一个单元节点数组中的一个单元节点为基础，遍历另一个单元节点数组中的单元节点，计算基础单元节点与另一个单元节点数组中所有单元节点两两之间的距离；
S3、选择与当前单元节点距离最短的单元节点进行匹配；
S4、将完成节点配对的单元节点用弹簧进行连接；
S5、重复步骤S2~S4，直至将数量较少的单元节点数组中的所有单元节点均配对成功，且均连接上弹簧，具体为：
当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，结束节点配对。
所述步骤S1具体为：
比较两个粘合部件的粘合面上的单元节点数量，将数量较少的归类存储到数组nb1中，将数量较多的归类存储到数组nb2中。
所述步骤S2具体包括步骤：
S21、读取所述数组nb1中的一个单元节点的坐标，并遍历所述数组nb2中的每一个单元节点的坐标，获得所述数组nb1中当前读取的单元节点与所述数组nb2中每一个单元节点的距离，存储到数组distance中，并将对应单元节点的序号作为所述距离的下标；
S22、遍历所述数组distance，获取最小值，并将对应于所述最小值的下标的单元节点与当前读取的单元节点进行配对。
所述步骤S22还包括，所述数组nb2中已与数组nb1配对成功的单元节点不再与其它单元节点配对，具体为：
a、将前次配对成功的nb2中单元节点的序号存储到数组ind中；
b、将本次配对成功的最小值的下标与数组ind进行对比，若比对成功，则重新获取数组distance中未配对成功的最小值进行配对；若比对失败，则将本次配对成功的最小值的下标存储到数组ind中。
S6、根据步骤S1~S5建立的非线性弹簧模型进行随机振动测试，计算当前弹簧应力值的等效值，并将所述等效值作为与所述非线性弹簧模型等效的胶水的失效判断依据。
所述单元节点的坐标信息通过有限元软件建立空间坐标系进行获取。
本发明提供一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，利用python进行二次开发，以单元节点数量较少的数组nb1中的单元节点为基础，在数组nb2中单元节点集中寻找与之距离尽量短的单元节点进行配对，当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，还通过非线性弹簧连接节点配对成功的两个单元节点，直至两个粘合部件接触面上的全部节点均配对成功，且均建立了非线性弹簧，完成非线性弹簧建模。本发明利用非线性弹簧模型代替胶水实物模型，可在随机振动仿真分析测试中，精准的获得3个分量力的具体数值，进一步将所述分量力转换为相应的应力，从而能够根据实际情况，选择拉伸应力或剪切应力判断胶水失效的可能性，大幅度地提高了模型测试的可操作性与准确率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法的系统流程图；
图2是本发明实施例提供的图1中单元节点配对的工作流程图；
图3是本发明实施例提供的实际振动测试数据表。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，如图1所示，在本实施例中，包括步骤：
S.以第一节点集的单元节点为基础，在第二节点集中寻找与所述第一节点集距离最短的单元节点进行配对，在充分利用单元节点的前提下，保证数量较少的节点集的单元节点均能完成节点配对；
在所述步骤S中，一个非线性弹簧的两端分别连接在第一、第二粘合部件的单元节点上，所述第一、第二粘合部件的所有单元节点分别构成所述第一节点集、所述第二节点集。
所述步骤S具体包括步骤：
S1、分别在两个粘合部件的粘合面上预设多个单元节点，并根据所述单元节点的归属分别归类到两个单元节点数组即所述第一节点集和所述第二节点集里；
S2、以一个单元节点数组中的一个单元节点为基础，遍历另一个单元节点数组中的单元节点，计算基础单元节点与另一个单元节点数组中所有单元节点两两之间的距离；
S3、选择与当前单元节点距离最短的单元节点进行匹配；
S4、将完成节点配对的单元节点用弹簧进行连接；
S5、重复步骤S2~S4，直至将数量较少的单元节点数组中的所有单元节点均配对成功，且均连接上弹簧，具体为：
当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，结束节点配对。
所述步骤S1具体为：
比较两个粘合部件的粘合面上的单元节点数量，将数量较少的归类存储到数组nb1中，将数量较多的归类存储到数组nb2中。
所述步骤S2具体包括步骤：
S21、读取所述数组nb1中的一个单元节点的坐标，并遍历所述数组nb2中的每一个单元节点的坐标，获得所述数组nb1中当前读取的单元节点与所述数组nb2中每一个单元节点的距离，存储到数组distance中，并将对应单元节点的序号作为所述距离的下标；
S22、遍历所述数组distance，获取最小值，并将对应于所述最小值的下标的单元节点与当前读取的单元节点进行配对。
所述步骤S22还包括，所述数组nb2中已与数组nb1配对成功的单元节点不再与其它单元节点配对，具体为：
a、将前次配对成功的nb2中单元节点的序号存储到数组ind中；
b、将本次配对成功的最小值的下标与数组ind进行对比，若比对成功，则重新获取数组distance中未配对成功的最小值进行配对；若比对失败，则将本次配对成功的最小值的下标存储到数组ind中。
S6、根据步骤S1~S5建立的非线性弹簧模型进行随机振动测试，计算当前弹簧应力值的等效值，并将所述等效值作为与所述非线性弹簧模型等效的胶水的失效判断依据。
所述单元节点的坐标信息通过有限元软件建立空间坐标系进行获取。
具体的建模工作流程如下：
第一步，建立单元节点集，并根据其归属分别归类到两个单元节点数组nb1和nb2里，其中数量少的单元节点集将其单元节点信息存储于数组nd1中，数量多的存储于nd2中。
第二步，参见图2，建立配对关系，读取数组nb1中的第i个单元节点Ai的坐标，并计算所述单元节点Ai与数组nb2中所有单元节点的距离，并存储到数组distance中，还包括将对应于所述距离的单元节点在数组nb2中的序号作为所述距离值下标；
遍历数组distance，求得最小值distance（x），将所述单元节点A（i）与所述最小值nb2中对应的单元节点进行配对。
第三步，建立连接关系，将配对成功的两个节点分别连接在同一根非线性弹簧的两端。
第四步，重复第二步和第三步，直至数组nb1中所有的单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对和连接关系的建立。
在所述第二步中，还包括，不予已配对成功的单元节点重复配对，具体为，将数组nb2中已配对成功的单元节点的序号存储到数组ind中，当对数组nb1中第i个单元节点A（i）进行配对时，在获得数组distance中的最小值distance（x）时，还将其下标与数组ind的数字进行一一比对，若比对成功，则代表数组nb2中对于所述最小值distance（x）的单元节点已配对成功，为避免重复配对，重新获取数组distance中未配对成功的最小值distance（x+1）进行配对；若比对失败，则代表数组nb2中对于所述最小值distance（x）的单元节点还未进行配对，将所述A（i）与对应于所述最小值distance（x）的单元节点进行配对，并将本次配对成功的最小值的下标存储到数组ind中。
其中，重新获取数组distance中未配对成功的最小值distance（x+1）进行配对具体为：依次读取并判断数组distance中剩余未配对的元素distance（x）与distance（x+1）的大小，将较小的元素置于distance（x+1）中，将较小的元素对应的下标x的值赋予变量number，在遍历数组distance所有剩余未配对的元素后，得到数组distance中未配对成功的最小值distance（x+1），以及与所述最小值distance（x+1）对应的下标number。最后将Ai与nd2中的第number节点组成节点对。
参见图3，在实际振动测试中，分别建立了胶水模型、弹簧模型和实际产品的对比参照组，在同样的测试环境中，利用ANSYS软件和python软件分别获得所述胶水模型和所述弹簧模型最大应力值，分别是无法判断方向的0.0539MPa和剪切应力0.0482MPa。根据判断胶水失效的判断阈值0.05MPa，胶水模型的数据给出了产品中的胶水将会失效的结论，弹簧模型的数据给出了产品中的胶水不会失效的结论。而根据实际的产品中的胶水并未失效的结果，可以确定，相对于常规的胶水模型，本实施例中的弹簧模型准确度更高，对于模拟随机振动中胶水失效情况具有一定的可靠性。
本发明实施例提供一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，利用python进行二次开发，以单元节点数量较少的数组nb1中的单元节点为基础，在数组nb2中单元节点集中寻找与之距离尽量短的单元节点进行配对，当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，还通过非线性弹簧连接节点配对成功的两个单元节点，直至两个粘合部件接触面上的全部节点均配对成功，且均建立了非线性弹簧，完成非线性弹簧建模。本发明利用非线性弹簧模型代替胶水实物模型，可在随机振动仿真分析测试中，精准的获得3个分量力的具体数值，进一步将所述分量力转换为相应的应力，从而能够根据实际情况，选择拉伸应力或剪切应力判断胶水失效的可能性，大幅度地提高了模型测试的可操作性与准确率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，其特征在于，包括步骤：
S.以第一节点集的单元节点为基础，在第二节点集中寻找与所述第一节点集距离最短的单元节点进行配对，在充分利用单元节点的前提下，保证数量较少的节点集的单元节点均能完成节点配对；
在所述步骤S中，一个非线性弹簧的两端分别连接在第一、第二粘合部件的单元节点上，所述第一、第二粘合部件的所有单元节点分别构成所述第一节点集、所述第二节点集；
所述步骤S具体包括步骤：
S1、分别在两个粘合部件的粘合面上预设多个单元节点，并根据所述单元节点的归属分别归类到两个单元节点数组即所述第一节点集和所述第二节点集里；
S2、以一个单元节点数组中的一个单元节点为基础，遍历另一个单元节点数组中的单元节点，计算基础单元节点与另一个单元节点数组中所有单元节点两两之间的距离；
S3、选择与当前单元节点距离最短的单元节点进行匹配；
S4、将完成节点配对的单元节点用弹簧进行连接；
S5、重复步骤S2~S4，直至将数量较少的单元节点数组中的所有单元节点均配对成功，且均连接上弹簧；
所述步骤S1具体为：
比较两个粘合部件的粘合面上的单元节点数量，将数量较少的归类存储到数组nb1中，将数量较多的归类存储到数组nb2中；
所述数组nb2中已与数组nb1配对成功的单元节点不再与其它单元节点配对。
2.如权利要求1所述的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、读取所述数组nb1中的一个单元节点的坐标，并遍历所述数组nb2中的每一个单元节点的坐标，获得所述数组nb1中当前读取的单元节点与所述数组nb2中每一个单元节点的距离，存储到数组distance中，并将对应单元节点的序号作为所述距离的下标；
S22、遍历所述数组distance，获取最小值，并将对应于所述最小值的下标的单元节点与当前读取的单元节点进行配对。
3.如权利要求2所述的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，其特征在于，所述数组nb2中已与数组nb1配对成功的单元节点不再与其它单元节点配对具体为：
a、将前次配对成功的nb2中单元节点的序号存储到数组ind中；
b、将本次配对成功的最小值的下标与数组ind进行对比，若比对成功，则重新获取数组distance中未配对成功的最小值进行配对；若比对失败，则将本次配对成功的最小值的下标存储到数组ind中。
4.如权利要求1所述的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，特征在于，在所述步骤S5中，所述“直至将数量较少的单元节点数组中的所有单元节点均配对成功”具体为：当所述数组nb1中的所有单元节点均已完成与数组nb2唯一对应的单元节点配对之后，结束节点配对。
5.如权利要求1所述的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，其特征在于，还包括步骤：
S6、根据步骤S1~S5建立的非线性弹簧模型进行随机振动测试，计算当前弹簧应力值的等效值，并将所述等效值作为与所述非线性弹簧模型等效的胶水的失效判断依据。
6.如权利要求2所述的一种以非线性弹簧代替胶水实体建模的方法，其特征在于：所述单元节点的坐标信息通过有限元软件建立空间坐标系进行获取。
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