CN116205100A - 一种优化电池包cae网格的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化电池包CAE网格的方法，包括以下步骤：S1、在3D建模软件中打开电池包模型，进行结构特征简化处理；S2、在所述3D建模软件里以STP格式完成特征简化的模型，并在有限元软件中打开完成特征简化的模型，对其进行切分；S3、将所述电池包模型划分为面网格或六面体网格；S4、进行面网格生成处理；S5、进行六面体网格生成处理；S6、对于对称的电池包模型，对完成所述网格划分的电池包模型做镜像处理；S7、对所述整体电池包模型网格代入某种工况进行求解计算。本发明通过采用3D建模软件与有限元软件结合，使用六面体与面单元结合来对有限元网格划分，使网格数量得到大幅度减少。

Description

一种优化电池包CAE网格的方法

技术领域

本发明涉及CAE有限元技术领域，具体涉及一种优化电池包CAE网格的方法。

技术背景

目前在电池包仿真领域的现有CAE仿真方法中，CAE仿真工程师在对零部件划分网格时，往往运用Hypermesh等软体直接对几何体进行网格划分，并且同一个零件也只会对应一种网格类型，钣金件用壳单元，注塑件用四面体或六面体单元等。

当处理结构比较复杂的电池包模型时，一般采用四面体单元和面网格结合的方式，其中四面体网格抗扭曲、变形能力都不如六面体网格或者面网格，并且通常四面体质量不好把控，提交电脑求解过程中也容易出现网格穿透、扭曲等问题出现求解失败的情况。而且现有划分网格的方式可能会造成模型网格数量较多且质量较差的情况，网格质量较差与数量过多会直接导致仿真计算速度慢、CAE仿真工程师输出效率低等问题。

因此，开发一种新的优化电池包CAE网格的方法是十分必要的。

发明内容

本发明提供了一种优化电池包CAE网格的方法，来解决现有网格划分方法造成的网格数量较多与质量较差，导致最终仿真计算速度较慢的问题。

本发明公开了一种优化电池包CAE网格的方法，包括以下步骤：

S1、在3D建模软件中打开电池包模型，观察其整体结构，删除不带入仿真计算的多余零件，并进行结构特征简化处理；

S2、在所述3D建模软件里以STP格式完成特征简化的模型，并在有限元软件中打开完成特征简化的模型，观察各个零件是否对称进行简化处理，再将经过简化处理的单个所述零件划分成第一部分和第二部分，所述第一部分包括等厚的部分，所述第二部分包括不等厚的部分，然后分别对所述第一部分和第二部分进行切分；

S3、将所述第一部分划分为面网格，将所述第二部分划分为六面体网格，对所述面网格的部分做抽面处理，按各个零件的不同厚度对面网格进行component分组处理；

S4、对划分为面网格的各个部分进行面网格生成处理；

S5、对划分为六面体网格的各个部分进行六面体网格生成处理；

S6、对于对称的电池包模型，对完成所述网格划分的电池包模型做镜像处理，补全另一半电池包模型网格，并保证对称轴所在的平面的网格共节点；

S7、对所述整体电池包模型网格代入某种工况进行求解计算。

进一步地，所述结构特征简化处理包括：

对包括占结构整体不超过10％的非必要结构性区域进行移除处理。

进一步地，在所述S2中，所述有限元软件为Hypermesh有限元软件，所述观察各个零件是否对称进行简化处理包括：

若所述单个零件对称，按对称中心轴线对其进行切分，则只保留一半的几何实体；

若所述单个零件不对称，则保留全部的几何实体。

进一步地，对所述第一部分和第二部分进行切分包括：

将所述零件模型的等厚部分划分成面网格，并将其一一切开，对其中不同厚度的面网格部分纳入不同的component中作归类处理；

对所述零件其余非等厚实体部分进行六面体网格划分，并将其一一切开。

进一步地，对划分为面网格的部分进行面网格生成处理包括：

S41、采用所述Hypermesh有限元软件里面的automesh部分，对2D面网格单元做分网处理；

S42、利用所述Hypermesh有限元软件里面的check elems选项根据对面网格质量的不同要求对面网格质量进行调整。

进一步地，对划分为六面体网格的部分进行六面体网格生成处理：

S51、选择所述零件模型的一端面作为基准面，将其余不同于端面的截面特征线投影到基准面上；

S52、对所述基准面进行面网格分网：利用所述check elements工具检查面网格质量，对于不合格的基准面网格重新对elems分网、smooths顺滑或者使用quality indexcleanup tools对基准面网格进行优化，直至符合要求；

S53、以不同的截面以及与中间面相交的部分为界限，使用3D面板下drag命令分段拖拽面网格，直到所述六面体网格划分完成；

S54、将所述六面体网格与所述面网格交接的区域进行共节点处理。

进一步地，对所述基准面进行面网格分网还包括：

利用2D-Automesh里面的density-adjust edge命令，鼠标键左右单击共享便，即可改变共享边处网格数量，保证所述基准面网格与和其相交的面网格边线部分的节点数量一致。

进一步地，所述保证对称轴所在的平面的网格共节点包括：

S61、利用所述Hypermesh有限元软件里面的preview equiv功能，设置0.01的容差；

S62、点击equivalence命令将所述对称轴所在的平面的网格做共节点处理。

相比与现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明通过采用Creo等3D建模软件与有限元软件Hypermesh结合，同时在Hypermesh中使用六面体与面单元结合的方式来对复杂几何体零件进行有限元网格划分，将电池包仿真模型网格数量得到大幅度减少，网格质量得到更好的把控，很大程度上降低电脑计算成本，提高了CAE仿真工程师分析效率；

2、本发明通过因为六面体或面网格代替四面体网格，增加了网格整体的稳定性与抗扭曲变形能力，从而降低了求解过程中网格单元异常风险。

附图说明

图1、现有四面体分网示意图；

图2、本发明电池包端板零件原始几何模型图；

图3、本发明电池包端板特征清理后模型图；

图4、本发明电池包端板保留一半几何模型图；

图5、几何切分示意图；

图6、图5的切分效果图；

图7、图5的分组后模型示意图；

图8、图5的分网完成示意图；

图9、本发明电池包端板切分效果示意图；

图10、本发明电池包端板内侧的面网络分网示意图；

图11、本发明电池包端板局部示意图；

图12、图11投影后示意图；

图13、图12基准面分网完成示意图；

图14、本发明电池包端板分段截面示意图；

图15、本发明电池包端板外侧的六面体分网完成示意图；

图16、本发明电池包端板镜像对称网格示意图；

图17、本发明电池包端板中间黑实线移除示意图；

图18、现有四面体分网方案仿真计算时间截图；

图19、本发明分网方案仿真计算时间截图。

具体实施方式

以下结合附图1～19和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了本发明公开了一种优化电池包CAE网格的方法，包括以下步骤：

S1、在3D建模软件中打开电池包模型，观察其整体结构，删除不带入仿真计算的多余零件，并进行结构特征简化处理；

S2、在所述3D建模软件里以STP格式完成特征简化的模型，并在有限元软件中打开完成特征简化的模型，观察各个零件是否对称进行简化处理，再将经过简化处理的单个所述零件划分成第一部分和第二部分，所述第一部分包括等厚的部分，所述第二部分包括不等厚的部分，然后分别对所述第一部分和第二部分进行切分；

S3、将所述第一部分划分为面网格，将所述第二部分划分为六面体网格，对所述面网格的部分做抽面处理，按各个零件的不同厚度对面网格进行component分组处理；

S4、对划分为面网格的各个部分进行面网格生成处理；

S5、对划分为六面体网格的各个部分进行六面体网格生成处理；

S6、对于对称的电池包模型，对完成所述网格划分的电池包模型做镜像处理，补全另一半电池包模型网格，并保证对称轴所在的平面的网格共节点；

S7、对所述整体电池包模型网格代入某种工况进行求解计算。

在上述步骤S6中，本实施例中的电池包模型为左右对称，可以直接对完成所述网格划分的电池包模型做镜像处理，对于非对称的电池包模型，直接完成整个电池包模型的网格划分。

本发明通过采用Creo等3D建模软件与有限元软件Hypermesh结合，同时在Hypermesh中使用六面体与面单元结合的方式来对复杂几何体零件进行有限元网格划分，将电池包仿真模型网格数量得到大幅度减少，网格质量得到更好的把控，很大程度上降低电脑计算成本，提高了CAE仿真工程师分析效率；另外通过因为六面体或面网格代替四面体网格，增加了网格整体的稳定性与抗扭曲变形能力，从而降低了求解过程中网格单元异常风险。

本实施例中，如图2和3所示，结构特征简化处理包括：

对包括占结构整体不超过10％的非必要结构性区域进行移除处理。上述非必要结构性区域包括不必要的和不关注区域的倒角、圆角或台阶等结构特征。首先用3D建模软件打开电池包端板三维图纸，在里面进行零件几何特征前处理，例如倒角、圆角、台阶等等。其中圆角移除原则应遵循：占结构整体比例不高的圆角；不必要的圆角，如外观圆角；不关注区域的圆角等等，倒角与台阶可大致同原则去除。

本实施例中，观察各个零件是否对称进行简化处理包括：若单个零件对称，按对称中心轴线对其进行切分，则只保留一半的几何实体；若单个零件不对称，则保留全部的几何实体。本实施例中，如图3～4所示，将特征清理完成的零件模型，于3D建模软件里以STP格式导出，并在Hypermesh有限元软件汇入打开，通过观察该零件，可以判断此零件为左右对称类型，在Hypermesh里面对实体沿中间进行切分，取中间临时节点，沿垂直方向进行切分，并删除右侧一半实体由于本发明的电池包端板为左右对称模型，只需要划分一般网格，最后再使用镜像操作，补全整体网格即可，节省了工程师分网的工作量。

本实施例中，对所述第一部分和第二部分进行切分包括：将所述零件模型的等厚部分划分成面网格，并将其一一切开，对其中不同厚度的面网格部分纳入不同的component中作归类处理；对所述零件其余非等厚实体部分进行六面体网格划分，并将其一一切开。

具体如图5～9所示为列举的几何切分示意图，如图5所示，上半部分A为半球形，显然不适合抽面作面几何，考虑六面体划分。中间部分B厚度为4mm，可与上下切分开，面网格处理。下半部分左侧C为3mm，右侧D为2mm，与B均不等厚，可延B下表面再做一次切分，将C、D部分独立出来。此时D部分厚度为2mm，与B、C均不等厚，单独做面网格处理。

该几何切分的具体过程为：

1、进入Hypermesh软件，导入STP模型文件，进入Geom-solid edit子面板，利用trim with plane/sur选项对几何体进行切分，solid选择几何实体，surfs选择中间B部分上下表面即可，图6为切分后模型；

2、将切分后几何体按照不同厚度不同类型归类到对应的component，先新创建几个component，再使用Organize分别转移即可；

3、将A部分半球体做六面体划分，这里利用3D-solid map-one volume选项；

4、将B部分做抽面处理，这里抽取上表面，后续给厚度偏移属性即可。以半球为对象，find face外表面，再对B部分以elem size为2划分面网格；

5、对C、D部分做抽中面处理，使用Geom-surface edit-extend指令延伸C、D部分至与B相交，在对C、D部分面网格划分；

6、最后使用Tool-faces-preview equiv指令检查网格未共节点区域，点击equivalence共节点即可，图8为分网完成模型。

本发明的电池包模型用类似的切分原理进行切分，切分后效果如图9所示，其中端板外侧部分采用六面体网格进行划分，端板内侧部分全部采用面网格进行划分，当然端板外侧部分也有部分零件是等厚的，但是为了节约时间，也全部采用六面体的形式进行划分了。而端板内侧部分全是不同厚度的等厚部分，因此其全部采用面网格的形式进行划分。

本实施例中，电池包模型实体切分完成后，对中间等厚部分做抽面处理，除了常规的抽取中面的操作，也可以直接使用实体的上下表面作为面网格划分的对象，一般中面抽取利用软件里面的midsurface即可，其他有限元软件也有类似的处理方式。面几何抽取结束后，对其进行component的一个分组，分组的目的一是在于方便不同部分网格的划分，二是前面说过的不同厚度部分的分类处理。

本实施例中，如图10所示，分组结束后，就要开始对网格进行划分，其中对划分为面网格的部分进行面网格生成处理包括：

S41、采用所述Hypermesh有限元软件里面的automesh部分，对2D面网格单元做分网处理；

S42、利用所述Hypermesh有限元软件里面的check elems选项根据对面网格质量的不同要求对面网格质量进行调整。其中网格质量可以利用Tool里面的check elems选项，一般要求jacobian不能小于0.6，warpage与aspect不能大于5为佳，当然还有网格最小尺寸、网格最大最小角等要求。

本实施例中，如图11～15所示，对划分为六面体网格的部分进行六面体网格生成处理：

S51、选择一端面作为基准面，如图15所示，选择其上端面为基准面，将其余不同于端面的截面特征线投影到基准面上；

S52、对所述基准面进行面网格分网：利用所述check elements工具检查面网格质量，对于不合格的基准面网格重新对elems分网、smooths顺滑或者使用quality indexcleanup tools对基准面网格进行优化，直至符合要求；其中基准面网格与其相交面网格边线部分节点数量要保持一致，便于后续实体网格与中面面网格共节点；

S53、以不同的截面以及与中间面相交的部分为界限(图14中虚线部分)，使用3D面板下drag命令分段拖拽面网格，直到六面体划分完成，这里的分段一共17段；分段拖拽的目的一是为了尽量贴合实体几何的外形，二是为了保证与中间面网格交汇的部分有节点存在，方便六面体网格与面网格共节点；

S54、将所述六面体网格与所述面网格交接的区域进行共节点处理。，可以拖拽面网格节点与体网格节点重合，或者equivalence间距较小的节点。

本实施例中，对所述基准面进行面网格分网还包括：

利用2D-Automesh里面的density-adjust edge命令，鼠标键左右单击共享便，即可改变共享边处网格数量，保证所述基准面网格与和其相交的面网格边线部分的节点数量一致。

本实施例中，所述保证对称轴所在的平面的网格共节点包括：

S61、利用所述Hypermesh有限元软件里面的preview equiv功能，设置0.01的容差；

S62、点击equivalence命令将所述对称轴所在的平面的网格做共节点处理。

本实施例中，如图16～17所示，将分网模型做镜像处理，此处分网模型即为完成面网格和六面体网格分类的模型，补全另一半模型网格，这里使用tool里面的reflect功能，沿中间截面做网格镜像处理，图16为镜像后完整网格模型，中间有条黑色长实线，这是由于左右两边网格未共节点，下面利用软件里面的preview equiv功能，设置一个较小的容差，假设0.01，点击equivalence将模型做共节点处理，消除其中的黑色长实线。

本实施例中，对所述整体电池包模型网格代入某种工况进行求解计算，将本发明的网格生成方法与现有四面体网格的生成方法进行对比，传统分网方式网格数量为76164，专利所述方法网格数为9601，专利方法大幅降低了网格数量。另外需要补充的是，除了本专利中提到的电池包壳体的端板零件，也可应用于其他适合用本方法分网的零件，适用性较广。如图1、18和19所示，采用本发明六面体和面网格结合的分网方案，计算时间约4小时左右，而采用传统四面体计算方案，时间大约6小时左右，计算时间成本减少近1/3，大大减少了运行时间。

以上所述发明仅表达了本发明实施例的实施方式，并不能因此理解为对发明专利范围的限制，也并非对本发明实施例的结构作任何形式上的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明实施例的保护范围。

Claims (8)

1.一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在3D建模软件中打开电池包模型，观察其整体结构，删除不带入仿真计算的多余零件，并进行结构特征简化处理；

S2、在所述3D建模软件里以STP格式完成特征简化的模型，并在有限元软件中打开完成特征简化的模型，观察各个零件是否对称进行简化处理，再将经过简化处理的单个所述零件划分成第一部分和第二部分，所述第一部分包括等厚的部分，所述第二部分包括不等厚的部分，然后分别对所述第一部分和第二部分进行切分；

S3、将所述第一部分划分为面网格，将所述第二部分划分为六面体网格，对所述面网格的部分做抽面处理，按各个零件的不同厚度对面网格进行component分组处理；

S4、对划分为面网格的各个部分进行面网格生成处理；

S5、对划分为六面体网格的各个部分进行六面体网格生成处理；

S6、对于对称的电池包模型，对完成所述网格划分的电池包模型做镜像处理，补全另一半电池包模型网格，并保证对称轴所在的平面的网格共节点；

S7、对所述整体电池包模型网格代入某种工况进行求解计算。

2.根据权利要求1所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，所述结构特征简化处理包括：

对包括占结构整体不超过10％的非必要结构性区域进行移除处理。

3.根据权利要求1所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，在所述S2中，所述有限元软件为Hypermesh有限元软件，所述观察各个零件是否对称进行简化处理包括：

若所述单个零件对称，按对称中心轴线对其进行切分，则只保留一半的几何实体；

若所述单个零件不对称，则保留全部的几何实体。

4.根据权利要求3所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，对所述第一部分和第二部分进行切分包括：

将所述零件模型的等厚部分划分成面网格，并将其一一切开，对其中不同厚度的面网格部分纳入不同的component中作归类处理；

对所述零件其余非等厚实体部分进行六面体网格划分，并将其一一切开。

5.根据权利要求3所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，对划分为面网格的部分进行面网格生成处理包括：

S41、采用所述Hypermesh有限元软件里面的automesh部分，对2D面网格单元做分网处理；

S42、利用所述Hypermesh有限元软件里面的check elems选项根据对面网格质量的不同要求对面网格质量进行调整。

6.根据权利要求3所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，对划分为六面体网格的部分进行六面体网格生成处理：

S51、选择所述零件模型的一端面作为基准面，将其余不同于端面的截面特征线投影到基准面上；

S52、对所述基准面进行面网格分网：利用所述check elements工具检查面网格质量，对于不合格的基准面网格重新对elems分网、smooths顺滑或者使用quality indexcleanup tools对基准面网格进行优化，直至符合要求；

S53、以不同的截面以及与中间面相交的部分为界限，使用3D面板下drag命令分段拖拽面网格，直到所述六面体网格划分完成；

S54、将所述六面体网格与所述面网格交接的区域进行共节点处理。

7.根据权利要求6所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，对所述基准面进行面网格分网还包括：

利用2D-Automesh里面的density-adjust edge命令，鼠标键左右单击共享便，即可改变共享边处网格数量，保证所述基准面网格与和其相交的面网格边线部分的节点数量一致。

8.根据权利要求3所述的一种优化电池包CAE网格的方法，其特征在于，所述保证对称轴所在的平面的网格共节点包括：

S61、利用所述Hypermesh有限元软件里面的preview equiv功能，设置0.01的容差；

S62、点击equivalence命令将所述对称轴所在的平面的网格做共节点处理。

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