CN112632775A - 充电枪线连接部位强度评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种充电枪线连接部位强度评估方法，包括以下步骤：通过仿真软件构建充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型，计算施加螺栓预紧力下螺栓头部与桩体接触区域的变形结果，并提取变形后的螺栓网格模型；通过仿真软件构建充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型，并删除螺栓结构，以及导入变形后的螺栓网格模型；将导入的变形后的螺栓网格模型沿螺栓预紧力方向的反方向移动预设距离以开始装配；对导入的变形后的螺栓网格模型施加强制位移，模拟预紧力的施加，使螺栓连接卡箍将枪线卡入桩体外壳的卡槽；以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作，并根据充电枪线连接部位的应变结果进行强度评估。
Description
技术领域
本发明涉及仿真技术领域，具体涉及一种充电枪线连接部位强度评估方法。
背景技术
新能源汽车充电桩作为重要的基础设施，对于新能源汽车的推广与普及具有重大的推动作用，已经在2020年被国家列为新基建项目之一。新能源汽车充电桩可以分为交流充电桩和直流充电桩两类，其中交流充电桩输出功率较小，桩体材料为塑料件。在偏摆工况下评估充电枪线连接部位的强度是交流充电桩设计的重要内容。制备样件，再进行试验评估，然后改进结构设计，进而提高结构强度是传统的设计方法。但是试验评估存在成本高，周期长等问题，而且仅仅能够获得一个判断结果，对过程以及规律的研究缺乏支撑，对产品改进设计的指导性较差。
发明内容
本发明的发明人发现，计算机仿真分析在产品设计过程中正在发挥着重大作用。它可以通过电脑的数值计算，对产品性能进行虚拟评估进而指导设计，在节约研发经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面扮演重要角色。此外，借助于电脑的数值分析，评估过程还具有良好的可视化效果，利于过程分析以及规律的研究。然而，由于充电枪线与桩体的连接结构较为特殊，仿真存在很大难度。充电枪线尾端主要通过螺栓提供预紧力将枪线卡入桩体卡槽。枪线外皮为橡胶类材料，卡入过程会发生大变形，若在仿真软件中采用隐式算法很难收敛，适合采用显式动力学的方法进行计算。但是，显式动力学计算时不能模拟螺栓预紧力。因此，此类枪线的偏摆工况仿真一直是一个难点问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种充电枪线连接部位强度评估方法，能够方便、准确地评估充电枪线偏摆工况下连接部位的强度，从而便于指导充电枪线连接部位的设计评估工作，缩短评估周期并节约评估成本，进而有利于对产品的改进。
本发明采用的技术方案如下：
一种充电枪线连接部位强度评估方法，包括以下步骤：通过仿真软件构建所述充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型，计算施加螺栓预紧力下螺栓头部与桩体接触区域的变形结果，并提取变形后的螺栓网格模型；通过仿真软件构建所述充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型，并删除螺栓结构，以及导入所述变形后的螺栓网格模型；将导入的所述变形后的螺栓网格模型沿所述螺栓预紧力方向的反方向移动预设距离以开始装配；对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加强制位移，模拟预紧力的施加，使螺栓连接卡箍将枪线卡入桩体外壳的卡槽；以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作，并根据充电枪线连接部位的应变结果进行强度评估。
所述显式动力学分析模型与所述隐式静力学分析模型中除枪线之外的结构的坐标位置一致。
在对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加强制位移前，还对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加刚体约束。
导入的所述变形后的螺栓网格模型强制位移与反方向移动的方向相反，大小相等。
导入的所述变形后的螺栓网格模型强制位移与反方向移动的大小均为2～4cm。
所述隐式静力学分析模型中螺栓采用六面体网格，除螺栓之外的结构采用四面体网格，所述显式动力学分析模型中螺栓和枪线采用六面体网格，除螺栓和枪线之外的结构采用四面体网格。
施加强制位移和偏摆操作均采用smooth类型曲线。
偏摆操作的偏摆角度为80～100°。
所述仿真软件为Abaqus。
本发明的有益效果：
本发明采用仿真的方式，通过隐式分析得到施加螺栓预紧力后的螺栓形变结果，然后将该结果导入显式分析模型，实现显式分析下的充电枪线连接部位强度评估，既实现了预紧力的模拟，又利用了显式算法易于收敛的优势，由此，能够方便、准确地评估充电枪线偏摆工况下连接部位的强度，从而便于指导充电枪线连接部位的设计评估工作，缩短评估周期并节约评估成本，进而有利于对产品的改进。
附图说明
图1为本发明实施例的充电枪线连接部位强度评估方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的含充电枪线连接部位的充电桩部分结构示意图；
图3为本发明一个实施例的充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型的部分结构示意图；
图4为本发明一个实施例的充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型的部分结构示意图；
图5为本发明一个实施例的偏摆过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的充电枪线连接部位强度评估方法包括以下步骤：
S1，通过仿真软件构建充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型，计算施加螺栓预紧力下螺栓头部与桩体接触区域的变形结果，并提取变形后的螺栓网格模型。
S2，通过仿真软件构建充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型，并删除螺栓结构，以及导入变形后的螺栓网格模型。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，充电枪线连接部位设置于充电桩外壳1上，充电枪线连接部位包括卡箍2、开设于充电桩桩体外壳1上的卡槽3和用于将卡箍2连接到桩体1的螺栓4，充电枪线连接部位连接有充电枪线5。仿真软件可采用Abaqus，所构建的隐式静力学分析模型和显式动力学分析模型均包括充电枪线连接部位和连接该部位的至少一部分充电桩桩体。
充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型和充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型的一部分结构分别如图3和图4所示。其中，隐式静力学分析模型中螺栓采用六面体网格，除螺栓之外的结构采用四面体网格，显式动力学分析模型中螺栓和枪线采用六面体网格，除螺栓和枪线之外的结构采用四面体网格。
在本发明的一个实施例中，充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型与充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型，除了前者不包含枪线外，其他结构均相同，特别地，充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型与充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型中除枪线之外的结构的坐标位置一致。
在本发明的一个实施例中，螺栓所施加的预紧力的大小可依据螺栓规格查得。
S3，将导入的变形后的螺栓网格模型沿螺栓预紧力方向的反方向移动预设距离以开始装配。
在显式动力学分析模型中，导入变形后的螺栓网格模型后，通过将导入的变形后的螺栓网格模型沿螺栓预紧力方向的反方向移动预设距离，保证移动后的螺栓网格不与其他网格干涉或者穿透。
S4，对导入的变形后的螺栓网格模型施加强制位移，模拟预紧力的施加，使螺栓连接卡箍将枪线卡入桩体外壳的卡槽。
在本发明的一个实施例中，在对导入的变形后的螺栓网格模型施加强制位移前，还对导入的变形后的螺栓网格模型施加刚体约束，以保证此处螺栓形状与步骤S1中变形后的螺栓形状一致。
其中，该步骤中的强制位移与步骤S3中反方向移动的方向相反，大小相等，保证位移后螺栓网格的各节点坐标与步骤S1中变形后的螺栓网格的各节点坐标一致。在本发明的一个具体实施例中，导入的变形后的螺栓网格模型强制位移与反方向移动的大小可均为2～4cm，优选为3cm。
在对导入的变形后的螺栓网格模型施加强制位移时，需保证施加时的加速度尽量小，以保证惯性力尽量小，模拟准静态过程。
S5，以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作，并根据充电枪线连接部位的应变结果进行强度评估。
如图5所示，以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作的偏摆角度可为80～100°，优选为90°。
在以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作时，需保证施加的加速度尽量小，以保证惯性力尽量小，模拟准静态过程。
在得到偏摆操作后充电枪线连接部位的应变率后，将其与桩体材料的断裂伸长率进行比对，以确定是否存在损坏风险，即充电枪线连接部位的强度是否达标。
在本发明的一个具体实施例中，对某交流充电桩枪线连接部位偏摆工况强度进行评估。充电桩壳体材料为PC-ASA，杨氏模量2520MPa，泊松比0.4，密度1.2e-9t/mm-3。螺栓杨式模量210000MPa，泊松比0.3，密度7.87e-9t/mm-3。枪线中铜材杨氏模量100000MPa，泊松比0.33，密度8.6e-9t/mm-3。枪线外皮杨氏模量60MPa，泊松比0.48，密度9.2e-5t/mm-3。依据螺栓规格查询相关手册，查得预紧力大小为900N。将不包含枪线的模型进行隐式静力学分析，计算施加螺栓预紧力下螺栓头部与桩体接触区域的变形结果，并提取变形后的螺栓网格模型。将包含枪线的模型进行显式动力学分析，删除模型中原有的螺栓结构，将变形后的的螺栓网格模型导入。螺栓网格沿螺栓预紧力反向移动3cm进行装配。第一步分析，对螺栓的网格模型施加刚体约束并强制位移，位移方向沿预紧力方向，位移大小为3cm。强制位移施加时可采用smooth类型曲线施加，以减小载荷施加过程的加速度。强制位移过程中，模拟螺栓连接卡箍与桩体外壳的过程，并提供预紧力，使卡箍将枪线卡入卡槽。第二步分析，在枪线端部施加强制角度偏摆，偏摆角度为90°，偏摆中心为枪线与充电桩的连接部位。偏摆时采用smooth类型曲线施加，以减小载荷施加过程的加速度。得到充电桩连接部位最大应变率为23％，小于桩体材料PC-ASA的断裂伸长率48％，表明充电枪线连接部位结构安全，损坏风险小，强度达标。
根据本发明实施例的充电枪线连接部位强度评估方法，采用仿真的方式，通过隐式分析得到施加螺栓预紧力后的螺栓形变结果，然后将该结果导入显式分析模型，实现显式分析下的充电枪线连接部位强度评估，既实现了预紧力的模拟，又利用了显式算法易于收敛的优势，由此，能够方便、准确地评估充电枪线偏摆工况下连接部位的强度，从而便于指导充电枪线连接部位的设计评估工作，缩短评估周期并节约评估成本，进而有利于对产品的改进。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过仿真软件构建所述充电枪线连接部位不包含枪线的隐式静力学分析模型，计算施加螺栓预紧力下螺栓头部与桩体接触区域的变形结果，并提取变形后的螺栓网格模型；
通过仿真软件构建所述充电枪线连接部位包含枪线的显式动力学分析模型，并删除螺栓结构，以及导入所述变形后的螺栓网格模型；
将导入的所述变形后的螺栓网格模型沿所述螺栓预紧力方向的反方向移动预设距离以开始装配；
对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加强制位移，模拟预紧力的施加，使螺栓连接卡箍将枪线卡入桩体外壳的卡槽；
以充电枪线连接部位为偏摆中心对枪线的端部进行偏摆操作，并根据充电枪线连接部位的应变结果进行强度评估。
2.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，所述显式动力学分析模型与所述隐式静力学分析模型中除枪线之外的结构的坐标位置一致。
3.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，在对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加强制位移前，还对导入的所述变形后的螺栓网格模型施加刚体约束。
4.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，导入的所述变形后的螺栓网格模型强制位移与反方向移动的方向相反，大小相等。
5.根据权利要求4所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，导入的所述变形后的螺栓网格模型强制位移与反方向移动的大小均为2～4cm。
6.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，所述隐式静力学分析模型中螺栓采用六面体网格，除螺栓之外的结构采用四面体网格，所述显式动力学分析模型中螺栓和枪线采用六面体网格，除螺栓和枪线之外的结构采用四面体网格。
7.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，施加强制位移和偏摆操作均采用smooth类型曲线。
8.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，偏摆操作的偏摆角度为80～100°。
9.根据权利要求1所述的充电枪线连接部位强度评估方法，其特征在于，所述仿真软件为Abaqus。
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