CN112100738B - 一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，包括以下步骤：S1.模型标准化：模型计算区域选择，并为计算区域内所有节点添加标识；S2.启动模型前处理Python脚本，更新模型，生成载荷文件；S3.提交计算：将计算头文件，与步骤S2导出的模型文件以及载荷文件一并提交有限元求解软件计算求解，计算完成后得到“.h5”格式的结果文件；S4.结果后处理生成钣金法向动刚度云图。本发明采用云图形式对车身钣金法向动刚度进行分析，以整块钣金为计算域，研究整块钣金的法向动刚度性能，可以极大的提高整块钣金的法向动刚度性能分析的准确度。

Description

一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法

技术领域

本发明涉及一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，用于解决车辆开发过程中，车身大的钣金件法向动刚度仿真分析问题。

背景技术

车辆开发过程中，对于车身大面积钣金结构，在外部激励作用下发生振动，并向司乘人员辐射噪声问题。研究表明车身上的钣金对人耳处噪声贡献的大小取决于钣金的刚度、表面特征、频率、响应点位置等参数。为了提高白车身开发阶段对大面积钣金结构的表面刚度控制，钣金法向动刚度分析是一种可行的办法。

以往的钣金法向动刚度仿真分析，受困于计算量问题，只能依据经验选择几个计算点分析法向动刚度，由于经验，和计算点数限制，所选点无法表征出整块钣金法向动刚度特性。

专利文献1公开了一种提升乘用车动刚度性能的前围钣金结构，包括加强筋结构和阻尼垫结构；所述加强筋结构设置在前围钣金动刚度薄弱区域；所述加强筋结构与前围钣金为一体式结构；所述阻尼垫结构为整体平面式结构，黏贴在前围钣金内表面。

专利文献2公开了一种汽车白车身动刚度优化方法及装置，涉及汽车技术领域。所述方法包括：建立白车身的几何模型；基于所述几何模型建立白车身的有限元模型；对所述白车身的有限元模型的主要车身接附点分别进行动刚度分析，获得动刚度曲线；对所述动刚度曲线的峰值进行模态贡献量分析，获得影响所述峰值的模态；基于所述模态，对影响所述动刚度曲线不同频率下峰值的钣金件分别进行结构优化，并更新白车身的有限元模型。本发明通过使用分析软件，在整车开发初期，就可以对白车身有限元模型的车身接附点进行动刚度分析获得动刚度曲线，根据影响动刚度曲线峰值的模态对车身进行结构优化，提高了车身动刚度性能，节约了研发成本，缩短了研发周期。

专利文献3公开了一种利用原点动刚度特性分析变速器壳体局部变形特征的方法，包括如图所示的步骤。该方法借助于Hyperworks仿真分析软件建立目标变速器壳体有限元模型，通过对变速器壳体受载最大(易产生变形)的轴承孔进行仿真分析，获得原点(激励与响应为同一点)加速度、动刚度频率响应；针对未达到变速器壳体刚度目标的频率区间进行固有振型模态分析，得到壳体固有特征模态频率与模态振型；通过模态振型图，获得壳体结构局部变形特征，最终确定壳体振幅较大，局部变形严重的具体部位；为设计师准确制定抑制局部变形的结构优化设计方案提供参考。

发明内容

为了解决车辆开发过程中，车身大面积钣金件法向动刚度仿真分析问题，本发明提供一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，采用云图形式对车身钣金法向动刚度进行分析，以整块钣金为计算域，研究整块钣金的法向动刚度性能，可以极大的提高整块钣金的法向动刚度性能分析的准确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，包括以下步骤：

S1.模型标准化：模型计算区域选择，并为计算区域内所有节点添加标识；

S2.启动模型前处理Python脚本，更新模型，生成载荷文件；

S3.提交计算：将计算头文件，与步骤S2导出的模型文件以及载荷文件一并提交有限元求解软件计算求解，计算完成后得到“.h5”格式的结果文件；

S4.结果后处理生成钣金法向动刚度云图。

进一步地，所述步骤S1是在Hypermesh软件中进行的，导入分析模型，通过框选方式选择计算区域内的所有节点，选择编辑节点命令，在注释框内编辑注释。

进一步地，所述注释内容为“BONET-XY”，由两部分内容组织，符号“_”前后各一部分，前面部分表示区域名称，后面部分表示区域所采用的坐标体系；注释整体表明计算点的选择，而两部分内容均为后续结果后处理脚本的输入。最后将模型导出“.bdf”格式的文件。

进一步地，所述步骤S2是在Hypermesh软件中进行的，包括以下过程：

1)建立二维数组，内容包含节点ID、X坐标值、Y坐标值、Z坐标值，利用Hypermesh软件中的Dframe功能，建立显式Index；首先按照X值排序，然后按照Y值排序；

2)节点选择好后为节点生成计算所需要的法向局部坐标系；

3)为计算点生成载荷文件供有限元求解软件计算用；

4)更新模型并导出。

进一步地，所述法向局部坐标系生成的步骤为：

先利用输入信息，确定引用节点相关单元；再利用单元信息，定义坐标系，坐标系的数据格式如下表：

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										CORD1R	CIDA	G1A	G2A	G3A	CIDB	G1B	G2B	G3B

同时，将生成的CORD1R ID写入节点的第七个字域CD，即位移坐标系域，节点的数据格式如下表：

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										GRID	ID	CP	X1	X2	X3	CD	PS	SE1D	注释位置

至此，节点局部坐标系生成完成。

进一步地，所述载荷文件包括：

Set文件，定义单位激励下，加速度输出；

Subcase文件，定义单位激励工况；

Load文件，定义载荷文件。

进一步地，所述步骤S4结果后处理生成钣金法向动刚度云图包括以下步骤：

1)求解各个计算点的动刚度总响应值；

2)求解平均动刚度；

3)钣金法向动刚度云图由所有计算点动刚度组成，从“.bdf”格式的模型中提取计算点的X、Y坐标值作为云图的X、Y值，平均动刚度作为Z值，最终利用Python函数完成钣金法向动刚度云图。

本发明具有以下优点：

本发明采用云图形式对车身钣金法向动刚度进行分析，以整块钣金为计算域，研究整块钣金的法向动刚度性能，可以极大的提高整块钣金的法向动刚度性能分析的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，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。

图1为本发明整体流程图；

图2为本发明所述后处理步骤流程图；

图3为本发明实施例所述Set文件格式；

图4为本发明实施例所述subcase文件格式；

图5为本发明实施例所述Load文件文件格式；

图6为本发明实施例所述“H5”文件示意图；

图7为本发明实施例完成的钣金法向动刚度云图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例

一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，具体执行步骤如下：

S1.模型标准化：模型计算区域选择，并为计算区域内所有节点添加标识。

打开Hypermesh软件，导入分析模型，通过框选方式选择计算区域内的所有节点，选择编辑节点命令，在注释框内编辑注释。

注释内容为“BONET-XY”，由两部分内容组织，符号“_”前后各一部分，前面部分表示区域名称，后面部分表示区域所采用的坐标体系。注释整体表明计算点的选择，而两部分内容均为后续结果后处理脚本的输入。最后将模型导出“.bdf”格式的文件。

S2.启动模型前处理Python脚本，更新模型，生成载荷文件。

为了简化运算，需要对标识节点做如下处理：

1)建立二维数组，内容包含节点ID、X坐标值、Y坐标值、Z坐标值，利用Dframe功能，建立显式Index；利用X、Y(具体要根据每组中的标识位置中的X-Y等定义确定)排序，首先按照X值排序，然后按照Y值排序。方法是建立For循环，以5(或者通过Param.list定义输入值)为间隔，在排好序的基础上，执行2层循环，每隔5个点取1个点为满足要求的节点。

2)节点选择好后首先为节点生成计算所需要的法向局部坐标系。先利用输入信息，确定引用节点相关单元。再利用单元信息，定义坐标系，坐标系的数据格式如下表1：

表1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										CORD1R	CIDA	G1A	G2A	G3A	CIDB	G1B	G2B	G3B

同时，将生成CORD1R ID写入节点的第七个字域CD(位移坐标系)域。节点的数据格式如下表2。至此，节点局部坐标系生成完成。

表2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										GRID	ID	CP	X1	X2	X3	CD	PS	SE1D	注释位置

3)接下来需要为计算点生成载荷文件供Nastran计算用。

载荷文件共3个：Set文件，定义单位激励下，加速度输出；Subcase文件，定义单位激励工况；Load文件，定义载荷文件。通过Python脚本按照图3、图 4、图5格式循环生成。

4)更新模型并导出。

确定加载节点并更新位移坐标系。

S3.提交计算

将计算头文件，与上一步导出的模型文件以及载荷文件一并提交nastran软件(有限元求解软件)计算求解。计算完成后得到“.h5”格式的结果文件。

S4.结果后处理生成钣金法向动刚度云图

1)求解各个计算点的动刚度总响应值。

首先从结果文件中解析出各个计算节点的动刚度曲线，其在文件中的位置如图6所示。

对于节点24016438，加速度响应的数值在20.0～250.0Hz之间的数值，在 domain-ID 2～460之间，频率间隔为0.5Hz。根据定义输出坐标系CD中的定义，需要利用XR、XI两列各项值合成动刚度总响应值。

2)总响应获得后，便可以求解平均动刚度。

平均动刚度的计算需利用下面公式：

其中：K_a＝F/x，为接附点动刚度；a＝ω²x，为加速度；圆频率ω＝2πf；

假设通过IPI响应曲线计算得到该曲线所包围的面积，则有：

得到该接附点的动刚度K_a：

3)钣金法向动刚度云图由所有计算点动刚度组成，从“.bdf”格式的模型中提取计算点的X、Y坐标值作为云图的X、Y值，平均动刚度作为Z值，最终利用Python函数完成钣金法向动刚度云图。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.模型标准化：模型计算区域选择，并为计算区域内所有节点添加标识；

S2.启动模型前处理Python脚本，更新模型，生成载荷文件；所述步骤S2是在Hypermesh软件中进行的，包括以下过程：

1)建立二维数组，内容包含节点ID、X坐标值、Y坐标值、Z坐标值，利用Hypermesh软件中的Dframe功能，建立显式Index；首先按照X值排序，然后按照Y值排序；

2)节点选择好后为节点生成计算所需要的法向局部坐标系；

3)为计算点生成载荷文件供有限元求解软件计算用；

4)更新模型并导出；

S3.提交计算：将计算头文件，与步骤S2导出的模型文件以及载荷文件一并提交有限元求解软件计算求解，计算完成后得到“.h5”格式的结果文件；

S4.结果后处理生成钣金法向动刚度云图。

2.如权利要求1所述的一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，所述步骤S1是在Hypermesh软件中进行的，导入分析模型，通过框选方式选择计算区域内的所有节点，选择编辑节点命令，在注释框内编辑注释。

3.如权利要求2所述的一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，所述注释内容为“BONET-XY”，由两部分内容组织，符号“_”前后各一部分，前面部分表示区域名称，后面部分表示区域所采用的坐标体系；注释整体表明计算点的选择，而两部分内容均为后续结果后处理脚本的输入；最后将模型导出“.bdf”格式的文件。

4.如权利要求1所述的一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，所述法向局部坐标系生成的步骤为：

先利用输入信息，确定引用节点相关单元；再利用单元信息，定义坐标系，坐标系的数据格式如下表：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CORD1R CIDA G1A G2A G3A CIDB G1B G2B G3B

同时，将生成的CORD1R ID写入节点的第七个字域CD，即位移坐标系域，节点的数据格式如下表：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 GRID ID CP X1 X2 X3 CD PS SE1D 注释位置

至此，节点局部坐标系生成完成。

5.如权利要求1所述的一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，所述载荷文件包括：

Set文件，定义单位激励下，加速度输出；

Subcase文件，定义单位激励工况；

Load文件，定义载荷文件。

6.如权利要求1所述的一种采用云图形式的车身钣金法向动刚度计算分析方法，其特征在于，所述步骤S4结果后处理生成钣金法向动刚度云图包括以下步骤：

1)求解各个计算点的动刚度总响应值；

2)求解平均动刚度；

3)钣金法向动刚度云图由所有计算点动刚度组成，从“.bdf”格式的模型中提取计算点的X、Y坐标值作为云图的X、Y值，平均动刚度作为Z值，最终利用Python函数完成钣金法向动刚度云图。

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