CN112699457B - 汽车白车身强度自动仿真分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车白车身强度自动仿真分析方法，导入白车身各个组件的几何模型并分别划分网格单元，获取几何模型的料厚赋予网格单元，将几何模型与网格单元同组件并赋予同名属性，读取BOM表中材料参数，导入建模时的焊点信息进行格式转换，读取转换后的焊点信息创建白车身焊点，完成白车身各个组件的网格模型组装，通过导入非线性材料库以及线性材料与非线性材料匹配关系完成线性材料的非线性化，通过硬点导入多体载荷，设置仿真分析模型参数进行仿真计算。本发明可以自动完成有限元模型的各项前处理操作，提高仿真分析效率和结果的精确度。

Description

汽车白车身强度自动仿真分析方法
技术领域
本发明涉及汽车仿真分析技术领域，具体地指一种汽车白车身强度自动仿真分析方法。
背景技术
企业在整车开发过程中，CAE分析大约需要4-5轮分析，分析项目一般为200-300项左右，白车身结构件的数量一般为400-500个左右，车身焊点数量约为4000个左右。这使得整车建模数据量大，在进行白车身强度有限元分析时，需要手动对模型进行大量重复性的前处理操作，包括网格划分，材料赋属性，从非线性材料库中添加非线性材料，及逐点添加多体分解载荷等工作，导致工作效率低，且容易发生人为操作失误，导致仿真分析结果失真。
此外，在获取网格单元料厚时，现有一般采用中面积分法。通过选取结构件划分的单元最大料厚与单元的最小料厚求和取均值作为一个单元料厚载体，将结构件的单元料厚积分取均方根作为提取件的料厚，此种方法只是将单元料厚通过均值的方法求得某一个合理的解，作为提取件的料厚，单元料厚误差较大。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽车白车身强度自动仿真分析方法，该方法可以自动完成有限元模型的各项前处理操作，提高仿真分析效率和结果的精确度。
为实现上述目的，本发明提供一种汽车白车身强度自动仿真分析方法，导入白车身各个组件的几何模型并分别划分网格单元，获取几何模型的料厚赋予网格单元，将几何模型与网格单元同组件并赋予同名属性，读取BOM表中材料参数，导入建模时的焊点信息进行格式转换，读取转换后的焊点信息创建白车身焊点，完成白车身各个组件的网格模型组装，通过导入非线性材料库以及线性材料与非线性材料匹配关系完成线性材料的非线性化，通过硬点导入多体载荷，设置仿真分析模型参数进行仿真计算。
进一步地，几何模型的料厚MinC(ρ)为
Figure BDA0002865339320000021
ρ＝{ρ1，ρ2，…，ρj}T
0＜ρmin≤ρj＜1，j＝1，2，…，m
式中，m为组件总数，ωk为第K个组件权重值，数值为组件质量在总质量中的占比率，q为惩罚因子，q≥2，Ck(ρ)为第k个单元料厚目标函数；
Figure BDA0002865339320000022
为对应第k个单元料厚的最大值与最小值，ρ为对应的提取组件的密度ρmin为材料为空的最小值，ρj为提取单元的材料密度。
进一步地，划分网格单元时，四边形单元的角度范围为30°～150°，三角形单元的角度范围为20°～130°，三角形单元占比为6％～10％，雅克比为0.45～0.55，翘曲为0.55～0.65。
进一步地，读取BOM表中材料参数的方法包括，根据零件号匹配对应的材料，并赋予相应的组件，并将材料牌号信息添加在组件名称中，实现添加材料厚度及材料属性。
进一步地，创建白车身焊点的方法包括，将建模软件中的焊点信息文件导入仿真分析软件中，通过坐标焊点对比，检查重复焊点并删除；将焊点坐标与焊接组件关系写入仿真分析软件中的焊点信息文件中，读取仿真分析软件中的焊点信息文件。
进一步地，将线性材料进行非线性化的条件为，组件应变值小于设定应变值。
进一步地，线性材料的非线性化的方法包括，读取线性材料文件并计算材料数量，导入非线性材料库，通过材料名称进行匹配将线性材料逐一循环替换为非线性材料，将非线性材料根据属性名字进行匹配，赋予相应属性材料非线性参数。
本发明的有益效果：
1、提高仿真分析效率。本发明将网格前处理、焊点信息转换、模型组装、线性材料的非线性化以及加载等步骤完全实现自动化处理，大大缩短了仿真分析的时间，提高了仿真分析的效率。
2、提高仿真结果的精确度。本发明采用的几何模型料厚计算模型，通过引入单元密度更精确的反应单元在组件的局部区域的料厚，通过单元料厚密度计算单元在组件总质量的占比，引入权重值，即此单元料厚在结构件中的占比，通过积分加权单元料厚，取值料厚正态分布均值，该方法提高了料厚的计算精度和仿真分析结果的精确度。
附图说明
图1为本发明仿真分析方法的流程示意图。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1所示，一种汽车白车身强度自动仿真分析方法，主要包括了如下步骤：
一、导入几何模型。将在CATIA中创建的几何模型导入到HyperMesh中，其中组件名会增加一些没用的后缀，使HyperMesh中的组件名与CATIA建立的名字不符，通过点击“compname”实现Part名与HyperMesh软件中组件名同名。
二、网格划分。将更改组件名后的几何模型，通过点击“batch-mesh”来调用batchmesher模块，进行相应的单元网格参数设置及几何清理参数设置，然后进行自动划分网格，网格划分完后自动存入相应的文件中。网格单元参数根据分析需求规范给定，四边形单元最大角度设置为150度，最小角度设置为30度，三角形单元最大角度设置为130度，最小角度设置为20度，雅克比设为0.5，三角形单元占比设为8％，翘曲设为60。
三、获取几何模型料厚。点击“midsurf_thickness”读取几何模型的料厚并赋予网格单元料厚，选择改进后的料厚模型来获取料厚。
改进后的料厚模型中，几何模型的料厚MinC(ρ)为
Figure BDA0002865339320000041
ρ＝{ρ1，ρ2，…，ρj}T
0＜ρmin≤ρj＜1，j＝1，2，…，m
式中，m为组件总数，ωk为第K个组件权重值，数值为组件质量在总质量中的占比率，q为惩罚因子，q≥2，Ck(ρ)为第k个单元料厚目标函数；
Figure BDA0002865339320000042
为对应第k个单元料厚的最大值与最小值，ρ为对应的提取组件的密度ρmin为材料为空的最小值，ρj为提取单元的材料密度。
四、将网格单元与几何模型同组件和同属性。自动赋予网格单元料厚之后，几何模型组件与网格单元是分开存放的，网格单元存放在以”t-料厚*100-0“的组件里，使用“auto_assign”功能将几何模型组件与网格单元同组，便于以后更改数据，根据整车建模标准要求，每一个Part组件对应一个同名的属性要求，点击“propname”将前一步的单元与几何组件同名模型，根据组件名依次创建同名对应属性，首先通过提取“properties”的名字，抽取第一个字符“-”的字符串ID号，使用公式提取它的后一个字符的ID号，及后三个字符的ID号，中间设置检查字符命令，如果字符不是阿拉伯数字则将后面字符取值提前一位。使用“stringrang”命令截取中间料厚信息，因为料厚是乘以100的所以在赋料厚的时候实际料厚需要除以100。其次创建属性名称“$compname-T$comp_thickness_100”。
五、添加材料属性。利用“readmatfromBOM”功能根据弹出组件面板选取组件，根据提示指定相应项目的BOM表(excel格式)，程序自动读取BOM表中的材料，根据零件号匹配相应的材料，并赋予相应的组件，并将材料牌号信息体现在组件名称中，实现添加厚度及材料属性，命名如“$compname-$mat-T$comp_thickness_100”。
六、自动创建焊点完成模型组装。CATIA建模时的焊点信息通过excel文件输出，焊点信息为焊点层数与所连接部件的焊接关系。通过VBA语言将CATIA焊点信息转换为HyperMesh软件中的焊点信息，具体做法为：对excel文件进行坐标焊点比对，若焊点信息是有重复的则自动删除重复焊点，通过“convert”功能将excel文件中焊点坐标与焊接组件关系写入到HyperMesh中的焊点文件，代码为ID::Layers::X::Y::Z::FEConfig::FEType::NumLinks::[(Link:Type)::(Link:ID)::(Link:Name)::(Link:State)::(Link:Rule)]::(～)Metadata，转换为spotweld.mcf文件，再使用“auto-spot”功能读取焊点文件自动创建整车白车身焊点，完成整车白车身模型组装。
七、线性材料的非线性化。因白车身强度分析需要，当组件应变值小于0.2％时，需要对线性材料转换为非线性材料。具体做法为：利用“strong1-NOMAT”功能首先读取现有的线性材料参数，计算相应的材料数量，导入非线性材料库，格式为*.inp，根据材料名称将现有线性材料与非线性材料库中的材料进行匹配，材料名字相同的删除线性材料保留非线性材料。其次将非线性材料根据属性名字进行匹配，赋予相应属性材料非线性，完成非线性材料曲线添加。
八、自动加载。首先创建相应的硬点，通过硬点自动导入多体载荷，工况载荷表如表1所示。其次通过硬点创建1Dmass单元，将mass单元与车身连接部位进行拟合，同时删除相关的mass单元，实现载荷加载。具体操作是通过“load_NODE”功能实现模型加载。
表1工况载荷表
工况 工况描述
垂直冲击 垂向加速度3.5g，安全系数1
转向 弯道单边离地，侧向加速度1g，安全系数1
倒车紧急制动 纵向0.7g减速度制动，安全系数1.2，考虑轴荷转移
最大制动 纵向1g减速度制动，安全系数1，考虑轴荷转移
最大加速 纵向0.5g加速度，安全系数1.5，考虑轴荷转移
前进驻车制动 纵向0.5g减速度制动，安全系数1.5，考虑轴荷转移
倒车驻车制动 纵向0.7g减速度制动，安全系数1.5，考虑轴荷转移
大扭转 左后轮不动，右后轮收到3.5g冲击
九、设置模型参数。将加载完的白车身模型设置仿真分析类型和参数，具体设置为：选择静态隐式分析计算，初始增量步设置为0.1，采用惯性释放加载方式，输出卡片设置为节点的位移，单元的应变值，导出inp格式，通过Abaqus软件采用迭代式线性方程求解法求解刚度矩阵得到模型的收敛解，求解器采用稀疏与高斯消元法。使用CommandShell可以提交多个job进行并行求解计算。
十、进行仿真计算和分析。通过Abaqus软件进行仿真计算，查看分析结果，根据分析规范编写分析报告。

Claims (6)

1.一种汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：导入白车身各个组件的几何模型并分别划分网格单元，获取几何模型的料厚赋予网格单元，将几何模型与网格单元同组件并赋予同名属性，读取BOM表中材料参数，导入建模时的焊点信息进行格式转换，读取转换后的焊点信息创建白车身焊点，完成白车身各个组件的网格模型组装，通过导入非线性材料库以及线性材料与非线性材料匹配关系完成线性材料的非线性化，通过硬点导入多体载荷，设置仿真分析模型参数进行仿真计算；
几何模型的料厚MinC(ρ)为
Figure FDA0003648179890000011
ρ＝{ρ1，ρ2，…，ρj}T
0＜ρmin≤ρj＜1，j＝1，2，…，m
式中，m为组件总数，ωk为第K个组件权重值，数值为组件质量在总质量中的占比率，q为惩罚因子，q≥2，Ck(ρ)为第k个单元料厚目标函数；
Figure FDA0003648179890000012
为对应第k个单元料厚的最大值与最小值，ρ为对应的提取组件的密度ρmin为材料为空的最小值，ρj为提取单元的材料密度。
2.根据权利要求1所述的汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：划分网格单元时，四边形单元的角度范围为30°～150°，三角形单元的角度范围为20°～130°，三角形单元占比为6％～10％，雅克比为0.45～0.55，翘曲为0.55～0.65。
3.根据权利要求1所述的汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：读取BOM表中材料参数的方法包括，根据零件号匹配对应的材料，并赋予相应的组件，并将材料牌号信息添加在组件名称中，实现添加材料厚度及材料属性。
4.根据权利要求1所述的汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：创建白车身焊点的方法包括，将建模软件中的焊点信息文件导入仿真分析软件中，通过坐标焊点对比，检查重复焊点并删除；将焊点坐标与焊接组件关系写入仿真分析软件中的焊点信息文件中，读取仿真分析软件中的焊点信息文件。
5.根据权利要求1所述的汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：将线性材料进行非线性化的条件为，组件应变值小于设定应变值。
6.根据权利要求1所述的汽车白车身强度自动仿真分析方法，其特征在于：线性材料的非线性化的方法包括，读取线性材料文件并计算材料数量，导入非线性材料库，通过材料名称进行匹配将线性材料逐一循环替换为非线性材料，将非线性材料根据属性名字进行匹配，赋予相应属性材料非线性参数。
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