HyperForm的车身结构一体化仿真分析概述

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2007-12-15 12:40:47

1 概要

随着计算机技术的广泛应用和快速发展,CAE 仿真分析已成为支持工程师进行创新研究和创新设计最重要的工具和手段。在汽车领域,其研究对象已涵盖了车身、动力和底盘三大系统,研究内容包含了结构分析、工艺分析、动力学分析、内外流场分析和安全分析等多个方面。对于车身结构分析而言,应用 CAE 技术已经能得到包括刚度、强度、模态以及疲劳寿命等参数。

但目前在车身钣金件的结构分析中往往使用名义厚度进行分析,未考虑冲压成形引起的厚度、应变等变化,这与实际情况严重不符。本文使用 Altair HyperForm 8.0 的强大冲压成形分析和结果映射功能,将冲压成形造成的厚度变化引入到结构分析中来,改善 CAE 仿真精度。

为了更直观的研究冲压成形结果对结构分析的影响,我们需要对同一个部件进行两种 CAE 分析,一种是不考虑成形结果的结构分析,为了便于说明,将其称为传统分析方法;另一种是考虑了成形结果的结构分析方法,将其称为一体化分析法。具体而言就是按照图 1 所示的流程,使用 HyperMesh 建立两个同样的结构分析模型,之后使用 HyperForm对选定部件中的冲压件进行成形分析,并使用 Result-Mapper 将成形结果映射到一个结构分析模型中,最后采用一致的边界条件对两个结构模型进行加载,并对比仿真结果得出最终结论。

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图1 一体化的仿真分析流程

这里需要说明一点,就是在选取分析部件时,除了要考虑满足结构仿真要求以外,其组成中还要有数量占优的冲压成形件,以便更好的反映一体化分析法带来的变化。为此,我们选择某轿车发动机罩总成作为分析部件,并对其核心部件--发动机机罩内板和外板--进行成形分析。下面将按照图 1 流程,详细介绍车身结构一体化仿真方法。

2 成形分析模型建立

HyperForm 作为一款专业的板金冲压成形仿真软件,提供了一步法、增量法和模面设计等三大主流成形仿真工具,限于篇幅的限制和减少求解时间的目的,本文仅选用了一步法作为成形仿真方法,但该方法对于增量法的结果同样有效。

此前还需要使用模面设计功能,将零件体补充为成形仿真工件,主要流程见图 2 所示。按照各个步骤的相互关系,将整个流程分成了三大环节,即:模型准备,成形准备和求解计算。

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图2 一步法成形分析流程

下面以发动机罩内板为例,介绍每一环节的具体内容。

2.1 模型准备环节

本环节的主要目的就是对导入的零件几何进行清理,并使用模面设计将零件体补充为成形分析需要的工件。

模型导入后需要先后使用合并工具,将自由边、共享面加以处理,之后使用"pinholes"和"surface crate"功能将零件中的孔洞补齐并光顺局部边界,在划分网格前,还需要使用"suppress"功能将几何中非特征处--曲率变化不大的位置--加以压缩,以便获得质量更好的网格,如图 3 所示。

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图3 依次为:模型导入、几何清理、孔洞填补

在网格创建上,推荐使用"Auotmesh\surface deviation"功能。图 4 中的网格分别是使用常规方法和"surface deviation"功能划分的,从右图可以看出在曲率变化较大的圆角和拐角处,网格单元较密集,而在其它比较平坦的位置网格形状与正常划分一致。这种做法的好处是显而易见的,曲率变化很大的位置正是成形中最容易出问题的位置,在这些地方使用细小单元能较好的模拟出弯角等形状,便于分析计算;另一方面,在曲率变化不明显的位置使用较大单元,可以大大减少单元数量,从而缩短了仿真

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