CN114741780A - 一种结构安全系数高效计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于强度耐久高效率技术领域，涉及一种结构安全系数高效计算方法，包括：手动准备控制臂网格模型，包含结构硬点、结构属性；手动建立单元集合，集合名称中包含组件材料名称；手动建立固定名称的总集合；判断硬点坐标容差及载荷工况名称，在结构硬点处施加对应工况载荷；识别工况名称、集合材料名称、总集合名称后，修改FEMFAL脚本文件模板；FEMFAL调用脚本文件，完成所有载荷工况安全系数计算，并输出所有载荷工况的安全系数结果文件；本发明将所有相同材料的组件建立成一个单元set集合，将要计算安全系数的所有组件set集合建立成一个总的集合Zsetall，自动修改FEMFAT脚本文件模板，调用FEMFAT完成所有工况的安全系数的高效计算，极大提高工作效率，解放人力资源。

Description

一种结构安全系数高效计算方法

技术领域

本发明属于强度耐久高效率技术领域，涉及一种结构安全系数高效计算方法。

背景技术

传统汽车强度耐久开发流程中，承载结构在典型工况和极限工况作用下安全系数必须满足企业规定的评价指标。然而，在进行结构安全系数计算时，每一个工况都需要完成模型导入、组件材料赋予、输出设置、安全系数文件的计算输出，并且软件在计算一个工况的安全系数时，工程师需要等待其完成才能进行下一个工况安全系数的计算，如果典型工况和极限工况有20个或者更多，会严重影响计算效率。

专利文献1(CN104992027A)根据齿面共轭理论确定人字齿轮的渐开线轮廓、齿根过渡曲线及单齿端面的节点坐标，通过编程实现齿轮自动化建模，降低分析人员工作量。

专利文献2(CN107103119A)根据轮胎结构特征及材料分布，对轮胎断面进行网格划分及质量检查，用于有限元分析，缩短产品开发周期。

专利文献3(CN109657376A)根据整车CAD模型及对应的结构BOM文件，完成网格划分和质量检查，提高工作效率。

以上是关于CAE仿真的一些自动化建模方法，未见到关于结构静载安全系数自动化计算的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题、目的：

传统汽车强度耐久开发流程中，承载结构在典型工况和极限工况作用下安全系数必须满足企业规定的评价指标。一般来讲，汽车典型工况和极限工况个数在9-30范围内，不同车企可能略有不同，手动完成结构安全系数计算一般步骤如下：①结构件的网格划分及属性赋予；②结构各典型工况和极限工况加载；③调用FEMFAT软件，考虑结构应力梯度，进行所有典型工况及极限工况静载安全系数的计算；在进行结构安全系数计算时，每一个工况都需要完成模型导入、组件材料赋予、输出设置、安全系数文件的计算输出，并且软件在计算一个工况的安全系数时，工程师需要等待其完成才能进行下一个工况安全系数的计算，如果典型工况和极限工况有20个，会严重影响工作效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构安全系数高效计算方法。基于TCL脚本语言，通过固化典型工况和极限工况名称、固化材料数据库中材料名称、修改FEMFAT脚本文件模板的方法,实现结构安全系数自动化计算，极大提高工作效率。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种结构安全系数高效计算方法，包括：

手动准备控制臂网格模型，包含结构硬点、结构属性；

手动建立单元集合，集合名称中包含组件材料名称；

手动建立固定名称的总集合；

判断硬点坐标容差及载荷工况名称，在结构硬点处施加对应工况载荷；

识别工况名称、集合材料名称、总集合名称后，修改FEMFAL脚本文件模板；

FEMFAL调用脚本文件，完成所有载荷工况安全系数计算，并输出所有载荷工况的安全系数结果文件。

进一步地，判断硬点坐标容差及载荷工况名称，在结构硬点处施加对应工况载荷后，输出计算文件*.inp文件；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*LOAD CASE，NAME＝VERTICAL_BUMP，并把载荷工况名称VERTICAL_BUMP存放在数组中；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zset_QT450，并把所包含的集合及材料名称Zset_QT450存放在数组中；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zsetall。

优选地，所述FEMFAT软件的脚本文件模板为*.ffj文件。

优选地，所述安全系数结果文件为*.dma文件或者*.res文件。

进一步地，所述手动建立单元集合，集合名称中包含组件材料名称，具体内容如下：

模型中含有三个组件，其中两个组件的材料是QT450，另外一个组件的材料是QT800，在网格模型中建立一个名为Zset_QT450的单元集合包含材料为QT450的两个组件，再建立一个名为Zset_QT800的单元集合，包含材料为QT800的组件，最后建立一个固定名称的总单元集合，名称为Zsetall，此集合中包含Zset_QT450和Zset_QT800两个集合所包含的所有单元。

进一步地，FEMFAL调用脚本文件，完成所有载荷工况安全系数计算时，需要根据集合的名称识别材料，再自动赋予材料。

进一步地，在结构硬点处施加对应工况载荷后，输出计算文件*.inp文件，还包括：

以ABAQUS软件作为求解计算软件，并完成求解计算，输出*.odb文件。

进一步地，求解计算，是将加载完毕后的*.inp文件，手动提交给ABAQUS软件进行计算，计算完毕后，ABAQUS软件会输出*.ODB文件。

优选地，载荷工况的个数与*.inp文件中关键字*LOAD CASE个数相同。

优选地，材料名称个数与*.inp文件中关键字*ELSET个数相同。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明采用TCL脚本语言，通过固化典型工况和极限工况名称、同时在有限元分析前处理过程中将所有相同材料的组件建立成一个单元set集合、并将要计算安全系数的所有组件set集合建立成一个总的集合Zsetall，程序自动修改FEMFAT脚本文件模板(*.ffj文件)，并调用FEMFAT完成所有工况的安全系数的高效计算，极大提高工作效率，解放人力资源。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1a为控制臂模型图；

图1b为Set集合名称示意图；

图2为自动识别*.inp文件*LOAD CASE中关键字并记录载荷工况信息示意图；

图3为自动识别*.inp文件*ELSET中关键字并记录材料信息示意图；

图4为本发明所述一种结构安全系数高效计算方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构安全系数自动化计算方法，具体内容如下：

手动准备控制臂结构网格及属性模型；

手动建立单元Set集合；

程序根据识别硬点坐标容差，自动完成硬点加载后输出计算文件*.inp文件。

硬点坐标是在第一步手动建立模型的时候，根据整车计算参数表，手动输入硬点坐标，所谓硬点，以本发明为例，控制臂有两个硬点，代表控制臂结构与其他结构连接的位置。

这里的程序是基于TCL脚本语言编写的一些条件判断语句。

手动建立结构模型时有硬点坐标，通过ADAMS软件载荷分解，会将所有结构硬点各个工况的载荷分解出来，此时通过编写的程序，判断模型中的硬点坐标与ADAMS软件中分解出来的硬点坐标是否匹配，如果硬点坐标之间的距离小于设置的容差0.05mm，同时，载荷工况的名称匹配，例如：NAME＝VERTICAL_BUMP代表垂直冲击工况，就会将ADAMS软件中分解出来的垂直冲击工况的载荷加载到手动建立的模型中。

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*LOAD CASE，NAME＝VERTICAL_BUMP，并把载荷工况名称VERTICAL_BUMP存放在数组中；

*LOAD CASE是关键字，代表载荷工况的意思，NAME＝VERTICAL_BUMP是对关键字的进一步解释说明，说明了此关键字的名字是垂直冲击工况，汽车底盘强度耐久计算是会有很多工况，*LOAD CASE后面还会有NAME＝CORNERING，即转弯工况。

*ELSET是关键字，ELSET＝Zset_QT450表示集合名称。

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zset_QT450，并把所包含的集合及材料名称Zset_QT450存放在数组中；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zsetall；

程序自动根据识别的载荷工况和集合材料关键字，修改FEMFAT软件的脚本文件模板。

程序自动调用FEMFAT软件完成结构所有载荷工况的安全系数自动化计算，并输出所有载荷工况的安全系数结果文件。

所述FEMFAT软件的脚本文件模板为*.ffj文件。

所述安全系数结果文件为*.dma文件或者*.res文件。

所述手动建立单元Set集合，具体内容如下：

模型中含有三个组件，其中两个组件的材料是QT450，另外一个组件的材料是QT800，在网格模型中建立一个名为Zset_QT450的单元集合包含材料为QT450的两个组件，再建立一个名为Zset_QT800的单元集合，包含材料为QT800的组件，最后建立一个固定名称的总单元集合，名称为Zsetall，此集合中包含Zset_QT450和Zset_QT800两个集合所包含的所有单元。

后续自动调用FEMFAT软件计算安全系数时，需要根据集合的名称识别材料，再自动赋予材料。

FEMFAT脚本文件，即*.ffj文件中记录了在FEMFAT软件中所有的操作过程，在进行结构安全系数计算之前，先在软件中手动操作计算一次结构所有工况的安全系数，把脚本文件即*.ffj文件保留下来，下次再计算其它结构安全系数时，只需要修改文件中表征结构的关键字即可，这里的关键字主要包括此次计算时所需要的各工况应力结果、结构各集合材料及属性特征等，替换后可以直接导入FEMFAT进行安全系数计算。

完成硬点加载后输出计算文件*.inp文件，还包括：

以ABAQUS软件作为求解计算软件，并完成求解计算，输出*.odb文件。

此处的求解计算，是现有技术，将加载完毕后的计算文件，一般为*.inp文件，手动提交给ABAQUS软件进行计算，计算完毕后，ABAQUS软件会输出*.ODB文件。

载荷工况的个数与*.inp文件中关键字*LOAD CASE个数相同。

材料名称个数与*.inp文件中关键字*ELSET个数相同。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参阅图1a、图1b，为某车型控制臂模型示意图及Set集合名称示意图。

这里以某控制臂为图例，详细介绍控制臂结构安全系数高效计算方法步骤，参阅图4。

第一步，手动准备控制臂结构网格及属性模型。

第二步，控制臂网格模型中只有一个组件，如图1a、图1b所示，并且此组件的材料为QT450。需要在网格模型中手动建立一个名为Zset_QT450的单元集合包含材料为QT450的组件，再建立一个固定名称的单元集合，名称为Zsetall,此集合中包含Set_QT450集合所包含的所有单元。(后续自动调用FEMFAT软件计算安全系数时，需要根据集合的名称识别材料，再自动赋予材料，同时注意材料命名需要与FEMFAT材料库中材料命名相同)

第三步,程序根据识别硬点坐标容差，自动完成硬点加载后输出计算文件(*.inp文件，这里是以ABAQUS软件作为求解计算软件，Nastran等其它软件同理)，并完成求解计算，输出*.odb文件。

第四步,程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*LOAD CASE，NAME＝VERTICAL_BUMP，并把关键字等号后面的黑色字体(载荷工况名称)存放在数组中，*.inp文件中有几个关键字*LOAD CASE就存放几个载荷工况。

第五步,程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zset_QT450，并把关键字后面字体(材料名称)存放在数组中，*.inp文件中有几个关键字*LOADCASE就存放几个材料名称。

第六步,程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zsetall，任何一个*.inp文件中都需要有此恒定不变的关键字。

第七步,程序自动根据第四、第五、第六五步识别的载荷工况和集合材料关键字，修改FEMFAT软件的脚本文件模板(*.ffj文件)。(标准的安全系数*.ffj脚本文件模板是预先准备好的，脚本文件中记录了FEMFAT软件计算安全系数时所有的过程信息，利用编写脚本文件的方法，无须在软件界面中操作，也可以实现安全系数的计算。)

第八步,程序自动调用FEMFAT软件完成结构所有载荷工况的安全系数自动化计算，并输出所有载荷工况的安全系数结果文件(*.dma文件或者*.res文件)，无需人为干预，极大提高计算效率。

本发明基于TCL脚本语言的二次开发实现结构安全系数自动化计算。

参阅图2，通过识别*.inp计算文件中的*LOAD CASE关键字，记录所有载荷工况信息。

参阅图3，通过识别*.inp计算文件中的*ELSET，ELSET＝Zset_关键字，记录所有组件的材料信息。

图2中的最左侧一列数字表示硬点编号249053，249054，中间一列数字1，2，3，4，5，6表示接点的自由度方向，最右侧一列数字表示某一方向的载荷值。

图3中的数字表示单元集合中所包含的所有单元编号。

通过硬点坐标容差识别，实现自动化载荷加载。

本发明预先准备好计算结构安全系数的FEMFAT标准脚本文件(*.ffj文件)。

通过程序识别的载荷工况及组件材料信息，自动修改用于FEMFAT安全系数计算的脚本文件(*.ffj文件)。

本发明自动调用FEMFAT软件，利用修改完成的安全系数脚本文件(*.ffj文件)自动进行结构安全系数计算，并输出所有工况的安全系数结果文件(*.dma文件或者*.res文件)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于，包括：

手动准备控制臂网格模型，包含结构硬点、结构属性；

手动建立单元集合，集合名称中包含组件材料名称；

手动建立固定名称的总集合；

判断硬点坐标容差及载荷工况名称，在结构硬点处施加对应工况载荷；

识别工况名称、集合材料名称、总集合名称后，修改FEMFAL脚本文件模板；

FEMFAL调用脚本文件，完成所有载荷工况安全系数计算，并输出所有载荷工况的安全系数结果文件。

2.根据权利要求1所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

判断硬点坐标容差及载荷工况名称，在结构硬点处施加对应工况载荷后，输出计算文件*.inp文件；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*LOAD CASE，NAME＝VERTICAL_BUMP，并把载荷工况名称VERTICAL_BUMP存放在数组中；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zset_QT450，并把所包含的集合及材料名称Zset_QT450存放在数组中；

程序读取*.inp文件，并识别*.inp文件中的关键字*ELSET，ELSET＝Zsetall。

3.根据权利要求2所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

所述FEMFAT软件的脚本文件模板为*.ffj文件。

4.根据权利要求1所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

所述安全系数结果文件为*.dma文件或者*.res文件。

5.根据权利要求1所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

所述手动建立单元集合，集合名称中包含组件材料名称，具体内容如下：

模型中含有三个组件，其中两个组件的材料是QT450，另外一个组件的材料是QT800，在网格模型中建立一个名为Zset_QT450的单元集合包含材料为QT450的两个组件，再建立一个名为Zset_QT800的单元集合，包含材料为QT800的组件，最后建立一个固定名称的总单元集合，名称为Zsetall，此集合中包含Zset_QT450和Zset_QT800两个集合所包含的所有单元。

6.根据权利要求4所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

FEMFAL调用脚本文件，完成所有载荷工况安全系数计算时，需要根据集合的名称识别材料，再自动赋予材料。

7.根据权利要求2所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

在结构硬点处施加对应工况载荷后，输出计算文件*.inp文件，还包括：

以ABAQUS软件作为求解计算软件，并完成求解计算，输出*.odb文件。

8.根据权利要求7所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

求解计算，是将加载完毕后的*.inp文件，手动提交给ABAQUS软件进行计算，计算完毕后，ABAQUS软件会输出*.ODB文件。

9.根据权利要求2所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

载荷工况的个数与*.inp文件中关键字*LOAD CASE个数相同。

10.根据权利要求2所述的一种结构安全系数高效计算方法，其特征在于：

材料名称个数与*.inp文件中关键字*ELSET个数相同。

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