CN115033978A - 油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质。包括以下步骤：步骤一、根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型；步骤二、拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；步骤三、定义流体分析；步骤四、流体分析及载荷导出映射；步骤五、油箱强度有限元分析；步骤六、性能评判及结构优化。本发明采用实车极限加速度时域曲线作为输入进行瞬态强度分析，分析工况更能代表汽车实际使用中各种状态对油箱隔板强度性能的要求，较为精准的计算出油箱隔板的极限强度性能；本发明采用单向流‑固耦合方法进行流体载荷分析，具有流程简单、计算资源需求较低的优点。

Description

油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
在汽车开发过程中，为解决油箱在行驶过程中油液晃动带来的噪音，通常会在油箱中添加隔板。然而受限于工艺、结构、材料、轻量化等因素，隔板通常较薄，同时油液冲击载荷较大，易产生强度问题，在使用过程中发生断裂破坏。
目前，对油箱隔板强度计算主要采用施加各向固定均布载荷直接进行静强度分析的方法。
如一种直升机油箱舱静强度快速计算方法：属于直升机结构静强度设计技术领域，具体涉及一种直升机油箱舱静强度快速计算方法。包括如下步骤：S1：建立油箱舱有限元仿真模型，按照实际情况施加约束；S2：确定油箱舱的工况并筛选出油箱舱的严重工况；S3：模拟油箱舱舱体自身惯性载荷分配；S4：模拟燃油的受载；S5：创建油箱舱前后、左右、上下六个方向上过载为1g的工况，并提交软件计算静强度结果；S6：组合计算出实际各个过载下油箱舱的静强度。该方法不仅全面分析了直升机油箱舱在各直升机任务剖面下的静强度，且节省了时间；给出了油箱舱有限元仿真的建模要点以及分析方法；同时该方法适用于各种形状的油箱舱分析。
由于不同车型的油箱结构、油液高度、行驶过程中的加速度曲线各不相同，油箱隔板所受最大载荷很难进行准确的预估，因此油箱隔板设计需经流体分析后耦合固体进行更加精准的时域瞬态强度性能分析。本发明充分考虑以上环境因素，计算出油箱使用过程中所受最大载荷，完成油箱隔板时域瞬态强度分析。
发明内容
本发明提供了一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法、装置、终端及存储介质，考虑实际使用场景中出现的最恶劣工况，进行瞬态强度分析，在设计初期进行性能摸底及结构优化，确保油箱隔板强度性能达成，解决了油箱隔板的瞬态强度性能的仿真分析方法制定问题。
本发明实施例结合附图说明如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，包括以下步骤：
步骤一、根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型；
步骤二、拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
步骤三、定义流体分析；
步骤四、流体分析及载荷导出映射；
步骤五、油箱强度有限元分析；
步骤六、性能评判及结构优化。
进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
11)建立流体模型；
将油箱总成几何模型导入Star-CCM+软件中，进行包面和网格重构；
其中，包面的类型为内部包面，包面尺寸及网格重构尺寸为3mm；若计算资源无法满足要求，则网格尺寸定义为8mm-16mm，在挡板附近做加密；体网格最大尺寸为10mm；
12)建立固体模型；
将油箱总成几何模型导入有限元软件中，划分2D壳网格，网格尺寸3-5mm，完成相应材料属性赋予。
进一步的，所述步骤二的具体方法如下：
21)采集油箱使用车型百公里加速及刹车时域加速度曲线；
22)筛选出极限加速至极限刹车时间段的加速度曲线；
23)基于步骤22)筛选出的时域曲线进行多项式函数拟合。
进一步的，所述步骤三的具体方法如下：
31)初始化液面高度至油箱3/4处；
32)完成流体分析设置，选用隐式非稳态模型、VOF法模型、欧拉多相流模型、K-Epsilon湍流模型、重力模型，所有表面边界条件均设置为壁面；
33)完成运动设置，在重力场内定义X向即行进方向加速度曲线，曲线为筛选出的片段。
进一步的，所述步骤四的具体方法如下：
41)分析步长定义为0.01s，总时长为4s，提交分析；
42)每5步映射一次载荷，将流体计算中隔板压强映射至固体有限元网格上；完成所有映射后，批量处理载荷变成各单元时域压强载荷曲线。
进一步的，所述步骤五的具体方法如下：
将处理后的载荷加载至有限元模型进行瞬态强度分析，分析步长为0.05s，分析总时长为4s。
进一步的，所述步骤六的具体方法如下：
通过有限元后处理软件查看结果，考察隔板及油箱在不同时刻的最大应力，若最大应力低于对应材料的屈服极限即为满足强度性能要求，若最大应力高于对应材料的屈服极限，则需进行结构优化进行下一轮分析。
第二方面，本发明实施例还提供了一种油箱隔板瞬态强度仿真分析装置，包括：
建模模块，用于根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型
拟合模块，用于拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
定义模块，用于定义流体分析中的参数；
第一分析模块，用于流体分析及载荷导出映射；
第二分析模块，用于对油箱强度进行有限元分析；
评判及优化模块，用于性能评判及结构优化。
第三方面，提供一种终端，包括：
一个或多个处理器；
用于存储所述一个或多个处理器可执行指令的存储器；
其中，所述一个或多个处理器被配置为：
执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
第四方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
第五方面，提供一种应用程序产品，当应用程序产品在终端在运行时，使得终端执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
本发明的有益效果为：
本发明采用实车极限加速度时域曲线作为输入进行瞬态强度分析，分析工况更能代表汽车实际使用中各种状态对油箱隔板强度性能的要求，较为精准的计算出油箱隔板的极限强度性能；本发明采用单向流-固耦合方法进行流体载荷分析，该方法具有流程简单、计算资源需求较低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明所述一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法的流程图；
图2为加速度曲线拟合示意图；；
图3为初始液面定义示意图；
图4为本发明所述一种油箱隔板瞬态强度仿真分析装置的结构示意图；
图5为一种终端结构示意框图。
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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法的流程图，本实施例可适用于油箱隔板瞬态强度仿真分析法的情况，该方法可以由本发明实施例中的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该方法具体包括如下步骤：
参阅图1，步骤一、根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型；
11)建立流体模型；
将油箱总成几何模型导入Star-CCM+软件中，进行包面和网格重构；
其中，包面的类型为内部包面，包面尺寸及网格重构尺寸为3mm；若计算资源无法满足要求，则网格尺寸定义为8mm-16mm，在挡板附近做加密；体网格最大尺寸为10mm；
12)建立固体模型；
将油箱总成几何模型导入有限元软件中，划分2D壳网格，网格尺寸3-5mm，完成相应材料属性赋予。
步骤二、拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
21)采集油箱使用车型百公里加速及刹车时域加速度曲线；
22)油液主要在加速度产生较大突变的时刻产生较大载荷，基于此筛选出极限加速至极限刹车时间段的加速度曲线，如图2所示；
23)基于步骤22)筛选出的时域曲线进行多项式函数拟合，为后续分析提供输入条件。
步骤三、定义流体分析；
31)经不同油液高度测算，发现油液高度位于3/4处隔板受力最大，初始化液面高度至油箱3/4处，如图3所示；
32)完成流体分析设置，选用隐式非稳态模型、VOF法模型、欧拉多相流模型、K-Epsilon湍流模型、重力模型，所有表面边界条件均设置为壁面；
33)完成运动设置，在重力场内定义X向即行进方向加速度曲线，曲线为筛选出的片段。
步骤四、流体分析及载荷导出映射；
41)分析步长定义为0.01s，总时长为4s，提交分析；
42)每5步映射一次载荷，将流体计算中隔板压强映射至固体有限元网格上；完成所有映射后，批量处理载荷变成各单元时域压强载荷曲线。
步骤五、油箱强度有限元分析；
将处理后的载荷加载至有限元模型进行瞬态强度分析，分析步长0.05s，分析总时长4s。
步骤六、性能评判及结构优化。
通过有限元后处理软件查看结果，考察隔板及油箱在不同时刻的最大应力，若最大应力低于对应材料的屈服极限即为满足强度性能要求，若最大应力高于对应材料的屈服极限，则需进行结构优化进行下一轮分析。
实施例二
参阅图4，一种油箱隔板瞬态强度仿真分析装置，包括：
建模模块，用于根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型
拟合模块，用于拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
定义模块，用于定义流体分析中的参数；
第一分析模块，用于流体分析及载荷导出映射；
第二分析模块，用于对油箱强度进行有限元分析；
评判及优化模块，用于性能评判及结构优化。
实施例三
图5是本申请实施例提供的一种终端的结构框图，该终端可以是上述实施例中的终端。该终端300可以是便携式移动终端，比如：智能手机、平板电脑。终端300还可能被称为用户设备、便携式终端等其他名称。
通常，终端300包括有：处理器301和存储器302。
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器301还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是有形的和非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本申请中提供的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法。
在一些实施例中，终端300还可选包括有：外围设备接口303和至少一个外围设备。具体地，外围设备包括：射频电路304、触摸显示屏305、摄像头306、音频电路307、定位组件308和电源309中的至少一种。
外围设备接口303可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路304用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：万维网、城域网、内联网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。
触摸显示屏305用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。触摸显示屏305还具有采集在触摸显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。触摸显示屏305用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，触摸显示屏305可以为一个，设置终端300的前面板；在另一些实施例中，触摸显示屏305可以为至少两个，分别设置在终端300的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，触摸显示屏305可以是柔性显示屏，设置在终端300的弯曲表面上或折叠面上。甚至，触摸显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。触摸显示屏305可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。
摄像头组件306用于采集图像或视频。可选地，摄像头组件306包括前置摄像头和后置摄像头。通常，前置摄像头用于实现视频通话或自拍，后置摄像头用于实现照片或视频的拍摄。在一些实施例中，后置摄像头为至少两个，分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头中的任意一种，以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能，主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及VR(Virtual Reality，虚拟现实)拍摄功能。在一些实施例中，摄像头组件306还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯，也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合，可以用于不同色温下的光线补偿。
音频电路307用于提供用户和终端300之间的音频接口。音频电路307可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波，并将声波转换为电信号输入至处理器301进行处理，或者输入至射频电路304以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的，麦克风可以为多个，分别设置在终端300的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器301或射频电路304的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器，也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时，不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波，也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中，音频电路307还可以包括耳机插孔。
定位组件308用于定位终端300的当前地理位置，以实现导航或LBS(LocationBased Service，基于位置的服务)。定位组件308可以是基于美国的GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、中国的北斗系统或俄罗斯的伽利略系统的定位组件。
电源309用于为终端300中的各个组件进行供电。电源309可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源309包括可充电电池时，该可充电电池可以是有线充电电池或无线充电电池。有线充电电池是通过有线线路充电的电池，无线充电电池是通过无线线圈充电的电池。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对终端300的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
实施例四
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
实施例五
在示例性实施例中，还提供了一种应用程序产品，包括一条或多条指令，该一条或多条指令可以由上述装置的处理器301执行，以完成上述一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施模式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型；
步骤二、拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
步骤三、定义流体分析；
步骤四、流体分析及载荷导出映射；
步骤五、油箱强度有限元分析；
步骤六、性能评判及结构优化。
2.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：
11)建立流体模型；
将油箱总成几何模型导入Star-CCM+软件中，进行包面和网格重构；
其中，包面的类型为内部包面，包面尺寸及网格重构尺寸为3mm；若计算资源无法满足要求，则网格尺寸定义为8mm-16mm，在挡板附近做加密；体网格最大尺寸为10mm；
12)建立固体模型；
将油箱总成几何模型导入有限元软件中，划分2D壳网格，网格尺寸3-5mm，完成相应材料属性赋予。
3.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：
21)采集油箱使用车型百公里加速及刹车时域加速度曲线；
22)筛选出极限加速至极限刹车时间段的加速度曲线；
23)基于步骤22)筛选出的时域曲线进行多项式函数拟合。
4.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：
31)初始化液面高度至油箱3/4处；
32)完成流体分析设置，选用隐式非稳态模型、VOF法模型、欧拉多相流模型、K-Epsilon湍流模型、重力模型，所有表面边界条件均设置为壁面；
33)完成运动设置，在重力场内定义X向即行进方向加速度曲线，曲线为筛选出的片段。
5.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：
41)分析步长定义为0.01s，总时长为4s，提交分析；
42)每5步映射一次载荷，将流体计算中隔板压强映射至固体有限元网格上；完成所有映射后，批量处理载荷变成各单元时域压强载荷曲线。
6.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤五的具体方法如下：
将处理后的载荷加载至有限元模型进行瞬态强度分析，分析步长为0.05s，分析总时长为4s。
7.根据权利要求1所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法，其特征在于，所述步骤六的具体方法如下：
通过有限元后处理软件查看结果，考察隔板及油箱在不同时刻的最大应力，若最大应力低于对应材料的屈服极限即为满足强度性能要求，若最大应力高于对应材料的屈服极限，则需进行结构优化进行下一轮分析。
8.一种油箱隔板瞬态强度仿真分析装置，其特征在于，包括：
建模模块，用于根据油箱数据模型建立流体模型及固体模型
拟合模块，用于拟合极限加速及刹车时域加速度曲线；
定义模块，用于定义流体分析中的参数；
第一分析模块，用于流体分析及载荷导出映射；
第二分析模块，用于对油箱强度进行有限元分析；
评判及优化模块，用于性能评判及结构优化。
9.一种终端，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
用于存储所述一个或多个处理器可执行指令的存储器；
其中，所述一个或多个处理器被配置为：
执行如权利要求1至7任一所述的一种油箱隔板瞬态强度仿真分析方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行如权利要求1至7任一所述的油箱隔板瞬态强度仿真分析测方法。
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