CN111539135A - 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法 - Google Patents

一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111539135A
CN111539135A CN202010198724.7A CN202010198724A CN111539135A CN 111539135 A CN111539135 A CN 111539135A CN 202010198724 A CN202010198724 A CN 202010198724A CN 111539135 A CN111539135 A CN 111539135A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sheet metal
connection
finite element
fatigue
connection region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010198724.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111539135B (zh
Inventor
郑宁昆
王振
徐成民
王朝阳
龚益玲
陈瑜
刘宝刚
李天兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
Original Assignee
SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd filed Critical SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
Priority to CN202010198724.7A priority Critical patent/CN111539135B/zh
Publication of CN111539135A publication Critical patent/CN111539135A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111539135B publication Critical patent/CN111539135B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法,其步骤包括：100：对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性；建立钣金件的连接点，连接点的边界与钣金件之间刚性连接，建立Nastran格式的初始有限元模型；200：采用微单元技术提取连接点的数据，以建立连接区域的局部超细化模型，并基于局部超细化模型进行刚度矩阵的计算；300：提取连接区域的刚度矩阵；400：将Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的刚度矩阵替代；500：对Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接区域周围单元的最大应力值，根据对应的应力‑寿命曲线获取连接区域的疲劳寿命。

Description

一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法
技术领域
本发明涉及一种有限元建模方法，尤其涉及一种用于疲劳开裂预测的有限元建模方法。
背景技术
随着汽车行业的飞速发展，汽车的需求量及出口量不断增加，对于汽车驾驶性能、安全性能的要求也在逐步的完善和提高。汽车企业在针对当前车型进行开发时，不仅需要满足不同的法规评价，还存在一系列的内部实验标准，用于不断改善车辆的质量和乘用体验。
目前，在车辆疲劳工况中，现有的仿真技术无法准确的模拟及预测钣金连接区域的疲劳开裂问题，仍然需要进行多轮疲劳物理试验。试验的周期单轮需要一个月左右，经过上万次的外力加载，试验不仅周期长，而且耗费企业巨大的开发费用成本。在车辆疲劳现有仿真技术中，车辆钣金件在模型建立时简化为壳单元，连接处使用刚性连接建立，因此无法准确模拟钣金连接区域的受力状况，如果对整个车辆及所有钣金连接处使用超细化模型，整车模型有限元网格数目因此会增加500～1000倍，虽然能准确的模拟钣金及其连接处的受力及失效情况，但是由于整车模型巨大，会导致计算效率极其低下的问题。
因此，如何通过疲劳仿真分析模拟来高效并准确模拟钣金件连接处受力情况及疲劳开裂的风险，减少所需进行的整车实验的次数，提高整车开发流程的效率仍然是一个具有挑战性的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，该用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，基于NASTRAN和ABAQUS有限元计算软件搭建模型，修正了钣金连接区域的刚度矩阵，从而极大程度地提高了模型的运算精度，实现对实验结果进行准确预测，非常有利于节约样车成本，大大提高了汽车的研发效率。有效解决了现有技术无法准确模拟及预测钣金件连接区域疲劳开裂的问题。
为了实现上述目的，本发明提出了一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，其包括步骤：
100：对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性；建立钣金件的连接点，所述连接点的边界与钣金件之间刚性连接，建立Nastran格式的初始有限元模型；
200：采用微单元技术提取所述连接点的数据，以建立连接区域的局部超细化模型，并基于局部超细化模型进行刚度矩阵的计算；
300：提取连接区域的刚度矩阵；
400：将所述Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的所述刚度矩阵替代；
500：对所述Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接区域周围单元的最大应力值，根据对应的应力-寿命曲线获取该连接区域的疲劳寿命。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，在步骤100中，先通过钣金件的几何数据抽取钣金件的中性面，再对所述中性面进行壳网格划分。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，所述连接区域的连接方式包括下述各项的至少其中之一：焊接连接，铆接，螺栓连接。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，上述焊接连接包括焊点连接和/或焊缝连接。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，在步骤100中，所述钣金件的连接点采用六面体实体单元建立。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，所述连接点的数据包括下述各项的至少其中之一：连接点中心位置，连接点直径，连接区域大小以及相连的钣金件的厚度。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，步骤200包括：
201：采用微单元技术提取连接点的中心点的位置，连接区域大小以及相连的钣金件的厚度，并将连接点的中心点投影到相连的钣金件上；
202：连接区域中的钣金件网格重构，建立六面体实体网格，所述六面体实体网格以所述中心点的投影点的连线为中心线呈辐射状分布，辐射直径为D’，其边界处使用刚性连接耦合；
203：确定连接点直径，连接点处相邻钣金件使用共用节点的方式连接，并进行材料属性赋值；
204：修正连接点边界的裂纹尖端网格，裂纹尖端网格以连接点边界的尖端为中心线呈辐射状分布，辐射直径为d’；
205：建立连接区域的局部超细化模型，以进行刚度矩阵的计算。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，所述六面体实体网格的辐射直径D’与连接点直径D满足：D’＝a×D,其中a的取值范围为1.3～1.6；所述连接点直径D与连接区域大小L满足：L＝b×D，其中b的取值范围为1.5～1.8，并且b>a。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，上述裂纹尖端网格的辐射直径d’与裂纹尖端网格连接点直径d满足：d’＝c×d,其中c的取值范围为3～5。
进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，所述连接区域位于车辆的车门处，并且步骤500中的疲劳加载为车门角速度加载；或者所述连接区域位于车辆的车身，并且步骤500中的疲劳加载为整车路谱加载。
本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法相较于现有技术具有如下所述的优点和有益效果：
(1)针对连接区域局部使用了微单元技术，从而实现准确模拟连接区域局部应力分布及疲劳现象；
(2)该模型能够修正连接区域处的刚度矩阵，进而可以准确预测连接区域处疲劳寿命；
(3)针对连接区域局部使用微单元技术，能够有效控制有限元模型的规模，在不增加计算资源的前提下极大优化计算精度。
本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，通过使用微单元技术对连接区域进行局部细化模拟，可以得到修正的多维度钣金连接区域的刚度矩阵，将此刚度矩阵应用于疲劳计算的有限元模型，能够在保证计算效率的前提下，极大程度地提高了模型的运算精度，准确模拟钣金件连接处受力情况及疲劳开裂的风险。使用本发明所述的建模方法得到的模态计算的结果对于实验预测的准确度可以提高30～70％，显著提高车辆自主研发过程中有限元计算的效率和准确性。
此外，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法可以适用于不同的连接区域，以及连接方式的模拟，非常有利于节约样车成本，并且可以极大提高汽车研发效率。
由此可见，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，实验预测的准确度高，适用性广泛，有利于节约成本，提高了汽车研发效率。有效解决了现有技术无法准确模拟及预测钣金件连接区域疲劳开裂的问题。
附图说明
图1为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法的流程示意图。
图2为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中微单元的建立(步骤200)的流程示意图。
图3为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下的流程示意图。
图4为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下微单元的建立(步骤200)流程示意图。
图5示意性地显示了本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下的Nastran格式初始有限元模型。
图6为图5所示Nastran格式初始有限元模型的连接点连接区域的局部放大图。
图7为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型图。
图8为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的透视图。
图9为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的剖视图。
图10为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的裂纹尖端局部放大图。
图11示意性地显示了本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下连接点疲劳S-N曲线。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法的流程示意图。
如图1所示，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法可以采用如下步骤：
步骤100：建立Nastran格式的初始有限元模型。
在步骤100中，可以对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性，再建立钣金件的连接点，且连接点的边界可以与钣金件之间刚性连接，进而建立出Nastran格式的初始有限元模型。
步骤200：运用微单元技术提取步骤100中连接点中心位置，连接点直径，连接区域大小以及相连的钣金件厚度信息，建立连接区域局部超细化模型。
在步骤200中，采用微单元技术可以提取连接点的数据，从而可以建立连接区域的局部超细化模型，并且可以基于局部超细化模型，进行刚度矩阵的计算。
步骤300：提取出步骤200计算后获取的刚度矩阵。
步骤400：建立Abaqus格式的疲劳计算模型。
在步骤400中，步骤100中的Nastran格式的初始有限元模型可以通过更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的刚度矩阵替代，成功改建为Abaqus格式的疲劳计算模型。
步骤500：提取步骤400计算后连接区域单元的最大应力值，根据其对应的应力-寿命曲线(S-N)的获取该连接区域的疲劳寿命。
在步骤500中，可以对步骤400中得到的Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，进而通过计算后，提取出连接区域周围单元的最大应力值。
图2为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中微单元的建立(步骤200)的流程示意图。
如图2所示，在本发明所述的的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，微单元的建立可以采用如下步骤：
步骤201：运用微单元技术提取步骤100中连接点中心位置，连接区域大小以及相连的钣金件厚度信息，并将连接点中心点投影到相连的钣金件上。
步骤202：连接区域中的钣金件网格重构，建立超细化的六面体实体网格。
在步骤202中，通过钣金件的网格重构建立的六面体实体网格可以以连接点中心点的投影点连线为中心线呈辐射状分布，其边界处可以使用刚性连接耦合。
步骤203：确定连接点的直径，连接点处相邻钣金件使用共用节点的方式连接，并进行材料属性赋值，
步骤204：修正钣金连接处裂纹尖端网格，裂纹尖端网格以连接尖端为中心线呈辐射状。
步骤205：建立连接区域的局部超细化模型，以进行刚度矩阵的计算。
图3为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下的流程示意图。
如图3所示，在本实施方式中，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法采用如下步骤：
步骤100：通过钣金件11和钣金件12的几何数据抽取钣金件的中性面，再对中性面进行壳网格划分，并赋予铁材料属性及厚度，钣金件11的厚度为t1，钣金件12的厚度为t2，连接点13使可以用六面体实体单元建立，边界以刚性连接14分别与相邻钣金件相连，建立Nastran格式的初始有限元模型。
步骤200：Nastran格式的初始有限元模型建立完成后，运用微单元技术提取模型连接点点心位置，连接点直径，连接点连接区域大小以及相连的钣金件厚度信息，从而建立连接点连接区域局部超细化模型。
步骤300：提取步骤200计算后获取的连接点连接区域刚度矩阵Kmicro:。
步骤400：将Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由得到的刚度矩阵Kmicro替代。
步骤500：通过对Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，便可计算后提取连接区域周围单元的最大应力值σmax(MPa)，再根据对应的应力-寿命(S-N)曲线即可获取该连接区域的疲劳寿命。
需要说明的是，在步骤500中，S-N曲线可以用幂函数的形式来表达：
(S-Sf)m.N＝C
上式中，S为应力值，N为疲劳寿命，Sf为材料的疲劳极限，m与C是与材料、应力比、加载方式相关的参数，两边取对数:
lgS＝A+BlgN
上式中,材料参数A＝lgC/m，B＝-1/m。
图4为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下微单元的建立(步骤200)的流程示意图。
如图4所示，在本实施方式中，微单元的建立可以采用如下步骤：
步骤201：运用微单元技术提取连接点中心位置P0，连接点连接区域大小L以及相连的钣金件厚度信息t1，t2，并可以将连接点中心点投影到相连的钣金件上P0’和P0”。
步骤202：对连接点连接区域中的钣金件网格重构，建立超细化的六面体实体网格，网格以投影点P0’P0”的连线为中心线向边界方向呈辐射状，边界处单元节点可以使用刚性连接14’耦合。
在步骤202中，六面体实体网格以投影点P0’P0”的连线为中心线向边界方向呈辐射状的辐射半径可以为D’。
步骤203：确定连接点直径D，连接点处钣金件11’和12’使用共用节点的方式连接，并进行材料属性赋值，两钣金件之间非连接点连接处间距设为h。
步骤204：修正连接点边界21裂纹尖端网格，裂纹尖端网格可以以连接点边界的尖端为中心线，由直径为d的半圆处开始延垂直焊接面的z向呈辐射状分布。
在步骤204中，裂纹尖端网格以连接点边界的尖端为中心线呈辐射状的辐射半径可以为d’。
步骤205：建立连接区域的局部超细化模型，进行刚度矩阵Kmicro的计算。
图5示意性地显示了本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下的Nastran格式初始有限元模型。
图6为图5所示Nastran格式初始有限元模型的连接点连接区域的局部放大图。
如图5和图6所示，同时结合参考图3和图4，在该实施方式中，Nastran格式初始有限元模型包括第一块钣金件11、第二钣金件12和钣金件的连接点13，。其中，可以通过钣金件11和钣金件12的几何数据抽取中性面，再对中性面进行壳网格划分。钣金件的连接点13可以使用六面体实体单元建立，连接点13的边界可以实现与相邻钣金件之间刚性连接14，从而建立Nastran格式的初始有限元模型。
此外，需要说明的是，连接区域的连接方式可以包括：焊接连接、铆接和螺栓连接。其中，焊接连接可以包括焊点连接和/或焊缝连接。
图7为本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型图。
图8为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的透视图。
如图7、图8和图8所示，在该实施方式中，连接点连接区域局部超细化模型图中的钣金件11’和钣金件12’分别为图5所述Nastran格式的初始有限元模型中的第一钣金件11和第二钣金件12对应的超细化的六面体单元网格。钣金件11’的厚度为t1，钣金件12’的厚度为t2，连接点13’使用六面体实体单元建立，边界处单元节点可以使用刚性连接14’耦合。其中，厚度t1的取值范围可以为0.5～3.5mm，厚度t2的取值范围也可以为0.5～3.5mm。在该实施方式中，厚度t1＝1.5mm，厚度t2＝1.5mm。
运用微单元技术可以提取Nastran格式的初始有限元模型中连接点的中心位置P0，连接区域大小L以及相连的钣金件11’和钣金件12’的厚度信息t1，t2，并可以将连接点中心点投影到相连的钣金件上，投影点为P0’和P0”。六面体实体网格以投影点P0’P0”的连线为中心线延单元径向ρ(如图9所示)呈辐射状,辐射直径为D’。同时可以确定连接点直径D。在连接点处相邻的钣金件可以使用共用节点的方式连接，并可以进行材料属性赋值。
需要说明的是，超细化的六面体实体网格的辐射直径D’与连接点直径D可以存在如下关系：D’＝a*D,a的取值范围为1.3～1.6。连接点点连接区域大小L与连接点直径D可以存在如下关系：L＝b*D，b的取值范围为1.5～1.8且b>a。其中D的取值范围为2～12mm，在该实施方式中，D＝3mm，a＝1.5，b＝1.75，D’＝4.5mm,L＝5.25mm。
图9为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的剖视图。
图10为图7所示使用微单元技术建立的连接点连接区域局部超细化模型的裂纹尖端局部放大图。
如图9和图10所示，在该实施方式中，两钣金件之间非连接点连接处间距可以为h，两钣金件之间非连接点连接处间距h取值范围可以为0.05～0.2，在该实施方式中，h＝0.075。
此外，可以修正连接点边界21处的裂纹尖端网格，网格可以以连接点边界21尖端为中心线，由裂纹尖端网格直径为d的半圆处开始延单元法向z呈辐射状分布，裂纹尖端的辐射直径为d’。其中，裂纹尖端的辐射直径d’与裂纹尖端网格连接点直径d可以存在如下关系：d’＝c*d,其中c的取值范围为3～5，d取值范围为0.05～0.8。在该实施方式中，c＝4，d＝0.1mm，d’＝0.4mm。
而后，可以建立连接点连接区域局部超细化模型进行刚度矩阵Kmicro的计算。
设连接点连接区域局部超细化模型含有n个单元，其整体结构的刚度方程可以表示为：[k]{δ}＝{F}
对于每一个体单元,单元节点数为8，单个节点有3个自由度，刚度方程为：
[k]i{δ}i＝{F}i
式中[k]i为第i个体单元刚度矩阵；i＝1,2,3…n；
Figure BDA0002418571930000091
代表第i个体单元的节点位移；
Figure BDA0002418571930000092
代表第i个体单元节点力。
根据连接点连接区域局部超细化模型计算得到微单元的刚度矩阵Kmicro。
获取的连接点连接区域刚度矩阵Kmicro后，可以将图5所述Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接点连接区域属性，将连接区域的刚性连接14由上述得到的所述刚度矩阵Kmicro替代。
再通过对改建后的Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接点连接区域周围单元的最大应力值σmax，根据材料对应的应力-寿命曲线(S-N)即可获取该连接点连接区域的疲劳寿命。
图11示意性地显示了本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法在一种实施方式下连接点疲劳S-N曲线。
如图11所示，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，本实施方式所得的应力-寿命曲线(S-N)为：Sf＝600MPa，A＝4.26，B＝-0.2。本实施方式的钣金连接区域位于车门，疲劳加载为车门角速度加载。
在该实施方式中，相比于连接点连接区域初始状态的模型使用8个壳单元和一个实体单元，共26个单元节点数。使用了微单元技术对连接点连接区域局部有限元模型进行重构，所使用的超细化连接点连接区域有限元模型使用n＝6272个实体单元，共7380个节点，自由度为7380*3＝22140，局部模型扩展700倍，能够准确对连接区域的刚度矩阵进行修正。
根据本实施例与实验结果的对比显示，使用现有仿真技术的方法连接处使用刚性连接建立，得出钣金连接区域的最大应力值为1649Mpa，如图11所示的S-N曲线得出的疲劳寿命为164031。通过使用本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，对疲劳模型的刚度矩阵进行修正后，得出钣金连接区域的最大应力值为1863MPa，如图11所示的S-N曲线得出的疲劳寿命为89118。在试验验证中，在第90000次过程检测时出现了疲劳开裂。
需要说明的是，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法并不仅仅应用于疲劳加载为车门角速度的车门处钣金连接区域，对于疲劳加载为整车路谱加载的前后盖及车身处的钣金连接区域同样适用。
综上所述可以看出，本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，实验预测的准确度高，适用性广泛，有利于节约成本，提高了汽车研发效率。有效解决了现有技术无法准确模拟及预测钣金件连接区域疲劳开裂的问题。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，包括步骤：
100：对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性；建立钣金件的连接点，所述连接点的边界与钣金件之间刚性连接，建立Nastran格式的初始有限元模型；
200：采用微单元技术提取所述连接点的数据，以建立连接区域的局部超细化模型，并基于局部超细化模型进行刚度矩阵的计算；
300：提取连接区域的刚度矩阵；
400：将所述Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的所述刚度矩阵替代；
500：对所述Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接区域周围单元的最大应力值，根据对应的应力-寿命曲线获取该连接区域的疲劳寿命。
2.如权利要求1所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，在步骤100中，先通过钣金件的几何数据抽取钣金件的中性面，再对所述中性面进行壳网格划分。
3.如权利要求1所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，所述连接区域的连接方式包括下述各项的至少其中之一：焊接连接，铆接，螺栓连接。
4.如权利要求3所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，所述焊接连接包括焊点连接和/或焊缝连接。
5.如权利要求1所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，在步骤100中，所述钣金件的连接点采用六面体实体单元建立。
6.如权利要求1所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，所述连接点的数据包括下述各项的至少其中之一：连接点中心位置，连接点直径，连接区域大小以及相连的钣金件的厚度。
7.如权利要求6所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，步骤200包括：
201：采用微单元技术提取连接点的中心点的位置，连接区域大小以及相连的钣金件的厚度，并将连接点的中心点投影到相连的钣金件上；
202：连接区域中的钣金件网格重构，建立六面体实体网格，所述六面体实体网格以所述中心点的投影点的连线为中心线呈辐射状分布，辐射直径为D’，其边界处使用刚性连接耦合；
203：确定连接点直径，连接点处相邻钣金件使用共用节点的方式连接，并进行材料属性赋值；
204：修正连接点边界的裂纹尖端网格，裂纹尖端网格以连接点边界的尖端为中心线呈辐射状分布，辐射直径为d’；
205：建立连接区域的局部超细化模型，以进行刚度矩阵的计算。
8.如权利要求7所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，所述六面体实体网格的辐射直径D’与连接点直径D满足：D’＝a×D,其中a的取值范围为1.3～1.6；所述连接点直径D与连接区域大小L满足：L＝b×D，其中b的取值范围为1.5～1.8，并且b>a。
9.如权利要求7所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于，所述裂纹尖端网格的辐射直径d’与裂纹尖端网格连接点直径d满足：d’＝c×d,其中c的取值范围为3～5。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法，其特征在于：所述连接区域位于车辆的车门处，并且步骤500中的疲劳加载为车门角速度加载；或者所述连接区域位于车辆的车身，并且步骤500中的疲劳加载为整车路谱加载。
CN202010198724.7A 2020-03-20 2020-03-20 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法 Active CN111539135B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010198724.7A CN111539135B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010198724.7A CN111539135B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111539135A true CN111539135A (zh) 2020-08-14
CN111539135B CN111539135B (zh) 2023-08-11

Family

ID=71978673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010198724.7A Active CN111539135B (zh) 2020-03-20 2020-03-20 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111539135B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112016231A (zh) * 2020-08-28 2020-12-01 上汽大众汽车有限公司 开闭件密封条的有限元建模方法
CN112163353A (zh) * 2020-09-22 2021-01-01 重庆长安汽车股份有限公司 一种车门内开手柄总成的建模方法及强度分析方法
CN112685836A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 江铃汽车股份有限公司 一种车身焊点疲劳度评估方法、存储介质及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008157882A (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Jfe Steel Kk スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法
CN102590340A (zh) * 2012-02-29 2012-07-18 湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司 一种整套白车身焊点失效检测设备
CN104573392A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 湖南大学 一种焊点疲劳寿命预测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008157882A (ja) * 2006-12-26 2008-07-10 Jfe Steel Kk スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法
CN102590340A (zh) * 2012-02-29 2012-07-18 湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司 一种整套白车身焊点失效检测设备
CN104573392A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 湖南大学 一种焊点疲劳寿命预测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴利辉;陈昌明;: "基于随机振动方法的白车身疲劳寿命研究", 北京汽车 *
孙成智;曹广军;: "基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿命预测", 焊接学报 *
谢小娟;: "振动载荷下特种设备中电路板级焊点疲劳寿命预测", 电子元件与材料 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112016231A (zh) * 2020-08-28 2020-12-01 上汽大众汽车有限公司 开闭件密封条的有限元建模方法
CN112016231B (zh) * 2020-08-28 2023-07-07 上汽大众汽车有限公司 开闭件密封条的有限元建模方法
CN112163353A (zh) * 2020-09-22 2021-01-01 重庆长安汽车股份有限公司 一种车门内开手柄总成的建模方法及强度分析方法
CN112163353B (zh) * 2020-09-22 2022-05-17 重庆长安汽车股份有限公司 一种车门内开手柄总成的建模方法及强度分析方法
CN112685836A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 江铃汽车股份有限公司 一种车身焊点疲劳度评估方法、存储介质及设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN111539135B (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111539135A (zh) 一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法
CN110555229B (zh) 一种无网格固体力学仿真方法、电子设备及存储介质
CN105095542B (zh) 一种汽车悬架关键结构件优化设计方法
CN110287550A (zh) 基于变密度法和疲劳寿命分析的白车身焊点优化方法
CN104239655A (zh) 一种汽车轮毂的轻量化设计方法
CN111209697B (zh) 一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法及系统
CN105183976A (zh) 一种对车载柜体进行有限元分析的方法
CN112685946B (zh) 基于二阶响应面模型的新能源汽车电池包壳体减重设计方法
CN111950080A (zh) 一种车身轻量化设计方法
CN109684724B (zh) 一种客车多材料车身粘铆复合钢骨架结构分析方法
CN111475977B (zh) 一种基于碰撞性能优化的汽车白车身轻量化设计方法
CN109933836A (zh) 一种基于车身性能约束的白车身焊点优化布置方法
CN116306156B (zh) 车身优化方法、装置、存储介质及电子设备
CN105279343B (zh) 一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法
CN109255141B (zh) 一种汽车车身正向概念设计截面形状优化方法
CN112765724A (zh) 一种汽车阻尼贴片位置优化方法及系统
CN106650045A (zh) 一种二级箱间段结构优化设计与强度分析方法
CN105740551A (zh) 一种焊缝疲劳寿命预测方法
Yang et al. An adaptive multi-step varying-domain topology optimization method for spot weld design of automotive structures
CN115935522A (zh) 一种轻量化混合材料汽车b柱结构的优化方法
CN110728080A (zh) 焊接有限元模型构建方法及校核方法
CN108038327A (zh) 螺栓的强度数值模拟方法、装置及终端设备
CN116562075B (zh) 电池包结构设计方法、装置、终端和存储介质
CN112199783A (zh) 车架有限元仿真方法、装置、设备及存储介质
CN116522499A (zh) 一种基于薄壁–点阵填充结构车身前端结构设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant