CN115062419A - 加油口盖总成的仿真方法、加油口盖总成及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加油口盖总成的仿真方法、加油口盖总成及车辆，加油口盖总成的仿真方法包括：建立加油口盖总成的第一有限元模型以及车身的第二有限元模型，将第一有限元模型与第二有限元模型拟合形成第三有限元模型。在车身处于全约束的状态下，对加油口盖总成施加预置条件，以使第三有限元模型模拟加油口盖本体的实际工况。在第三有限元模型模模拟加油口盖本体的实际工况的过程中，生成仿真数据；根据仿真数据确定加油口盖总成的实际结构。本发明中，将加油口盖总成与车身的装配体作为仿真对象，通过对车身进行全约束的方式，实现对加油口盖固定座的约束，这种约束方式使加油口盖本体的仿真工况更符合实际工况。

Description

加油口盖总成的仿真方法、加油口盖总成及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种加油口盖总成的仿真方法、加油口盖总成及车辆。

背景技术

加油口盖总成与车身通过卡接方式连接，要求安装牢固。按压加油口盖本体上边缘，变形量需控制在一定的范围内，以保证加油口盖顺利关闭。同时，加油口盖本体在开、关过程中不能有明显晃动、与车身不能发生干涉刮擦现象，更不能产生塑性变形甚至断裂，由此对加油口盖的刚度、强度性能提出了较高的要求。

现有技术中，一般仅对加油口盖总成本身进行分析，未考虑加油口盖实际受力环境，导致分析结果存在较大偏差，进而导致加油口盖塑性变形的几率增大、加油口盖与车身出现剐蹭的几率增大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种加油口盖总成的仿真方法、加油口盖总成及车辆，以解决仅对加油口盖总成本身进行仿真分析，导致分析结果存在较大偏差的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种加油口盖总成的仿真方法，包括以下步骤：建立加油口盖总成的第一有限元模型以及车身的第二有限元模型，将第一有限元模型与第二有限元模型拟合获得第三有限元模型；在车身处于全约束的状态下，对加油口盖总成施加预置条件，以使第三有限元模型模拟加油口盖本体的实际工况，其中，实际工况包括如下至少之一：加油口盖本体的限位工况、过开工况、下压工况和扭转工况；在第三有限元模型模模拟加油口盖本体的实际工况的过程中，生成仿真数据，其中，仿真数据包括如下至少之一：加油口盖本体与车身的相对位置关系数据、加油口盖本体的残余形变数据、处于预设限位状态的加油口盖本体的限位配合面的最大等效应力数据和处于预设限位状态的加油口盖本体的限位配合面的相对位移数据；根据仿真数据确定加油口盖总成的实际结构。

进一步地，在模拟过开工况、下压工况以及扭转工况中的任一工况之前，加油口盖本体处于预设限位状态。

进一步地，模拟限位工况时，预置条件的施加步骤包括：在第一限位部与第二限位部的配合面处建立过盈接触连接，其中第一限位部位于加油口盖本体上，第二限位部位于加油口盖固定座上；在配合面处施加过盈载荷，并调节过盈载荷以使第一限位部与第二限位部之间无相对位移，以及配合处的最大等效应力小于预置材料的屈服应力。

进一步地，第一限位部与第二限位部的配合关系为贴合且无干涉。

进一步地，模拟过开工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体上施加第一预置载荷，第一预置载荷的方向为加油口盖本体的开启方向，第一预置载荷使加油口盖本体相对车身生成偏转角。

进一步地，模拟过开工况时，预置条件的施加步骤还包括：在对加油口盖本体施加第一预置载荷之前，建立局部坐标系，其中，局部坐标系中的一个坐标轴与第一预置载荷的方向一致。

进一步地，模拟下压工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体上施加第二预置载荷，第二预置载荷沿加油口盖本体的竖直方向设置，第二预置载荷使加油口盖本体相对车身产生竖直位移。

进一步地，模拟扭转工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体上施加第三预置载荷以及第四预置载荷，第三预置载荷与第四预置载荷的方向相反，第三预置载荷与第四预置载荷的合力使加油口盖本体扭转。

根据本发明的另一方面，提供了一种加油口盖总成，加油口盖总成由采用上述的加油口盖总成的仿真方法获得。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括加油口盖总成，加油口盖总成由采用上述的加油口盖总成的仿真方法获得。

应用本发明的技术方案，将加油口盖总成与车身的装配体作为仿真对象，在仿真过程中，通过对车身进行全约束的方式，间接实现对加油口盖固定座的约束，相较于仅对加油口盖固定座进行约束的方式而言，这种约束方式使加油口盖本体的仿真工况更符合实际工况，使仿真过程更加合理，能够有效规避加油口盖本体结构刚度、强度不足问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的一可选流程示意图；

图2示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖总成的结构示意图；

图3示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖本体的限位工况的结构示意图；

图4示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖本体的过开工况的加载示意图；

图5示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖本体的过开工况的局部坐标示意图；

图6示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖本体的下压工况的加载示意图；

图7示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的加油口盖本体的扭转工况的加载示意图；

图8示出了根据本发明的加油口盖总成的仿真方法实施例的另一可选流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、加油口盖本体；2、加油口盖固定座；3、弯臂；4、软胶；5、硬胶。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图8所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种加油口盖总成的仿真方法。其中，仿真过程中提及的各部件均为有限元模型。

如图1所示，加油口盖总成的仿真方法包括以下步骤：步骤S1：建立加油口盖总成的第一有限元模型以及车身的第二有限元模型，将第一有限元模型与第二有限元模型拟合获得第三有限元模型。 步骤S2：在车身处于全约束的状态下，对加油口盖总成施加预置条件，以使第三有限元模型模拟加油口盖本体1的实际工况，其中，实际工况包括如下至少之一：加油口盖本体1的限位工况、过开工况、下压工况和扭转工况。步骤S3：在第三有限元模型模模拟加油口盖本体1的实际工况的过程中，生成仿真数据，其中，仿真数据包括如下至少之一：加油口盖本体1与车身的相对位置关系数据、加油口盖本体1的残余形变数据、处于预设限位状态的加油口盖本体1的限位配合面的最大等效应力数据和处于限位位置处的加油口盖本体1的限位配合面的相对位移数据。步骤S4：根据仿真数据确定加油口盖总成的实际结构。

在本申请的实施例中，将加油口盖总成与车身的装配体作为仿真对象，在仿真过程中，通过对车身进行全约束的方式，间接实现对加油口盖固定座2的约束，相较于仅对加油口盖固定座2进行约束的方式而言，这种约束方式使加油口盖本体1的仿真工况更符合实际工况，使仿真过程更加合理，能够有效规避加油口盖本体1结构刚度、强度不足问题。

如图2所示，加油口盖总成包括加油口盖本体1、弯臂3、加油口盖固定座2、软胶4以及硬胶5，软胶4与加油口盖固定座2连接，硬胶5与弯臂3连接，加油口盖本体1与弯臂3为一体结构，弯臂3通过铰接轴与加油口盖固定座2转动连接，加油口盖本体1通过硬胶5与软胶4配合实现位置限位。

具体地，步骤S1的实施步骤如下：

根据设计提供的加油口盖总成数据，将加油口盖本体1相对于加油口盖固定座2打开至最大开启位置，划分二阶四面体网格。加油口盖本体1、弯臂3以及加油口盖固定座2均以5mm为基本尺寸划分网格，在加强筋等局部特征部位、弯臂3与加油口盖固定座2相互接触部位以2mm细化网格，软胶4和硬胶5均以2mm为基本尺寸划分网格，软胶4与硬胶5的配合面网格节点一一对应。其中，铰链轴用释放旋转自由度的BAR单元模拟并设置与铰链轴相同的半径，卡接采用COUP_KIN单元模拟，硬胶5与弯臂3采用节点藕合的连接方式，软胶4和加油口盖固定座2建立TIE接触连接，完成第一有限元模型的建立。

加油口盖总成在数据设计阶段，一般已有车身有限元模型，兼顾收敛性及计算时长，直接截取局部车身模型即可。如果没有车身有限元模型，选取与加油口盖总成连接的车身后部零件，以8mm四边形进行中面网格划分。通过上述两种方式，均可完成第二有限元模型的建立。

加口口盖总成通过卡扣和车身连接，卡扣采用COUP_KIN单元来模拟，车身与加油口盖总成建立GENERAL_CONTACT接触连接，拟合形成第三有限元模型。

在模拟加油口盖本体1的实际工况之前，即在对加油口盖总成施加预置条件之前，需要先对车身进行全约束。步骤S2中各工况的预置条件的施加步骤具体如下：

模拟限位工况时，预置条件的施加步骤包括：在第一限位部与第二限位部的配合面处建立过盈接触连接，其中第一限位部位于加油口盖本体1上，第二限位部位于加油口盖固定座2上。在配合面处施加过盈载荷，并调节过盈载荷以使第一限位部与第二限位部之间无相对位移，以及配合处的最大等效应力小于预置材料的屈服应力。其中，第一限位部与第二限位部的配合关系为贴合且无干涉。

具体地，如图3所示，第一限位部为硬胶5，第二限位部为软胶4。软胶4与硬胶5配合处建立CONTACT_INTERFERENCE过盈接触连接，并设置过盈量，该过盈量为仿真过程中的过盈载荷。弯臂3与加油口盖固定座2接触部位，以及软胶4与硬胶5零贴配合处均建立CONTACT_PAIR接触连接。为了便于观察加油口盖本体1的限位配合面的相对位移量，该限位配合面为过盈配合面，调整软胶4以及硬胶5过盈配合面位置，使之贴合且无干涉。预置条件设置完毕后，进行仿真并生成仿真数据，通过仿真数据，判断软胶4与硬胶5的过盈配合面是否出现相对位移，软胶4与硬胶5的最大等效应力是否小于对应材料的屈服应力。若过盈配合面出现相对位移，或者软胶4与硬胶5的最大等效应力大于各自材料的屈服强度，则需要调整过盈载荷，即调整过盈量，直至满足要求为止。

模拟过开工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体1上施加第一预置载荷，第一预置载荷的方向为加油口盖本体1的开启方向，第一预置载荷使加油口盖本体1相对车身生成偏转角。

具体地，如图4所示，第一预置载荷为施加在加油口盖本体1执行器锁销中心位置处的力F1。预置条件设置完毕后，进行仿真并生成仿真数据，通过仿真数据，评价开启偏转角α、加油口盖本体1加载点的最大等效应力是否小于对应材料的屈服强度、加油口盖本体1与车身是否出现干涉。其中，偏转角α=arctan(D/R)， D为加载点的变形量，R为加载点到铰链轴的距离。

其中，加油口盖本体1方向与整体坐标系有可能存在偏差，进而导致第一预置荷载的施加方向存在偏差。为了准确加载，在对加油口盖本体1施加第一预置载荷之前，建立局部坐标系，其中，局部坐标系中的一个坐标轴与第一预置载荷的方向一致。例如，如图5所示，局部坐标系以加油口盖本体1开启方向为Z轴、竖直方向为Y轴、X轴方向自动产生。

模拟下压工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体1上施加第二预置载荷，第二预置载荷沿加油口盖本体1的竖直方向设置，第二预置载荷使加油口盖本体1相对车身产生竖直位移。

具体地，如图6所示，第二预置载荷包括F2和F3，其中，F2是在加油口盖本体1执行器锁销中心位置处施加的竖直方向的力，F3是在加油口盖本体1边缘位置处施加的竖直方向的力。预置条件设置完毕后，进行仿真并生成仿真数据，通过仿真数据，评价F2加载点处的最大形变和F3加载点处的残余形变，判断加油口盖本体1与车身是否发生干涉。

模拟扭转工况时，预置条件的施加步骤包括：在加油口盖本体1上施加第三预置载荷以及第四预置载荷，第三预置载荷与第四预置载荷的方向相反，第三预置载荷与第四预置载荷的合力使加油口盖本体1扭转。

具体地，如图7所示，在加油口盖本体1上选取两个点：A点和B点，A点与B点关于加油口盖本体1的中心对称，第三预置载荷为施加在A点处的弯矩，第四预置载荷施加在B点处的弯矩，第三预置载荷与第四预置载荷大小相等，第三预置载荷与第四预置载荷方向相反，使加油口盖本体1发生扭转。其中，扭转角为β，β= arctan[(D1-D2)/L]，D1为A点的变形量；D2为B点的变形量，L为A、B两点间的距离。预置条件设置完毕后，进行仿真并生成仿真数据，通过仿真数据，评价加油口盖本体1的扭转角为β，判断加油口盖本体1与车身是否发生干涉。

通过上述仿真数据以及评价结果，对弯臂3的厚度、弯臂3上支撑筋的布置以及支撑筋厚度和高度进行设计调整，以最终确定加油口盖总成的真实结构。

上述实施例中，在模拟过开工况、下压工况以及扭转工况中的任一工况之前，加油口盖本体1处于预设限位状态。加油口盖本体1处于预设限位状态，即加油口盖本体1的限位配合面处施加有一定的过盈量，在过盈量的基础上进行各工况的仿真，过盈量产生的初始装配应力会传递到各工况载荷中，使分析更加符合实际。具体地，连接在加油口盖本体1上的硬胶5与连接在加油口盖固定座2上的软胶4保持过盈接触连接。具体地，仿真过程如图8所示，包括如下五个步骤：

步骤一：建立加油口盖总成的有限元模型。

步骤二：截取局部车身有限元模型，并把加油口盖总成安装到车身上。

步骤三：施加过盈载荷，评价限位的可靠性。若不满足要求，调整过盈量，重新计算。

步骤四：过开工况、下压工况以及扭转工况有限元分析。

步骤五、评价各工况分析结果是否满足要求，对不满足要求的进行结构优化。

根据本发明的另一方面，提供了一种加油口盖总成，加油口盖总成由采用上述实施例的加油口盖总成的仿真方法获得。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括加油口盖总成，加油口盖总成由采用上述实施例中的加油口盖总成的仿真方法获得。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加油口盖总成的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立加油口盖总成的第一有限元模型以及车身的第二有限元模型，将所述第一有限元模型与所述第二有限元模型拟合获得第三有限元模型；

在所述车身处于全约束的状态下，对所述加油口盖总成施加预置条件，以使所述第三有限元模型模拟加油口盖本体的实际工况，其中，所述实际工况包括如下至少之一：加油口盖本体的限位工况、过开工况、下压工况和扭转工况；

在所述第三有限元模型模模拟所述加油口盖本体的实际工况的过程中，生成仿真数据，其中，所述仿真数据包括如下至少之一：加油口盖本体与车身的相对位置关系数据、加油口盖本体的残余形变数据、处于预设限位状态的加油口盖本体的限位配合面的最大等效应力数据和处于预设限位状态的加油口盖本体的限位配合面的相对位移数据；

根据所述仿真数据确定所述加油口盖总成的实际结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在模拟所述过开工况、所述下压工况以及所述扭转工况中的任一工况之前，所述加油口盖本体处于所述预设限位状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模拟所述限位工况时，所述预置条件的施加步骤包括：

在第一限位部与第二限位部的配合面处建立过盈接触连接，其中，所述第一限位部位于所述加油口盖本体上，所述第二限位部位于加油口盖固定座上；

在所述配合面处施加过盈载荷，并调节所述过盈载荷以使所述第一限位部与所述第二限位部之间无相对位移，以及所述配合面处的最大等效应力小于预置材料的屈服应力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一限位部与所述第二限位部的配合关系为贴合且无干涉。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，模拟所述过开工况时，所述预置条件的施加步骤包括：

在所述加油口盖本体上施加第一预置载荷，所述第一预置载荷的方向为所述加油口盖本体的开启方向，所述第一预置载荷使所述加油口盖本体相对所述车身生成偏转角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，模拟所述过开工况时，所述预置条件的施加步骤还包括：

在对所述加油口盖本体施加第一预置载荷之前，建立局部坐标系，其中，所述局部坐标系中的一个坐标轴与所述第一预置载荷的方向一致。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，模拟所述下压工况时，所述预置条件的施加步骤包括：

在所述加油口盖本体上施加第二预置载荷，所述第二预置载荷沿所述加油口盖本体的竖直方向设置，所述第二预置载荷使所述加油口盖本体相对所述车身产生竖直位移。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，模拟所述扭转工况时，所述预置条件的施加步骤包括：

在所述加油口盖本体上施加第三预置载荷以及第四预置载荷，所述第三预置载荷与所述第四预置载荷的方向相反，所述第三预置载荷与所述第四预置载荷的合力使所述加油口盖本体扭转。

9.一种加油口盖总成，其特征在于，所述加油口盖总成由采用权利要求1至8中任一项所述的加油口盖总成的仿真方法获得。

10.一种车辆，包括加油口盖总成，其特征在于，所述加油口盖总成由采用权利要求1至8中任一项所述的加油口盖总成的仿真方法获得。

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