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HyperWorks二次开发在商用车驾驶室顶盖踩踏分析中的应用

2020/2/23    来源:Altair论文集    作者:丁培林  郎宝永  黄嘉靖  苏欢  徐阳      
关键字:CAE分析  踩踏刚度  Tcl/Tk语言  
驾驶室顶盖踩踏刚度试验是驾驶室开发环节中必不可少的工作,而踩踏刚度的CAE分析是枯燥繁琐且操作大量重复的。
       汽车领域计算机仿真技术日趋成熟,很多企业的CAE分析工作都有了一定的行业或企业标准,CAE分析工作人员根据相关标准开展分析工作,比如商用车驾驶室顶盖的踩踏刚度分析等。商用车驾驶室顶盖踩踏刚度需要在十几甚至几十个位置测试其刚度是否满足要求,加载过程和后处理过程是一个枯燥繁琐和重复性的工作。而二次开发编写程序替代重复性的工作内容,可以实现模型直接加载求解和后处理功能,节省大量工时和人力成本;二次开发的应用,也可以减少分析人员的差异对结果的影响。
 
       国内,很多企业和高校也在进行HyperWorks二次开发方面的研究。其中,杜少博提出一种自动提取商用车车架刚度数据的方法;丁涛等提出了客车CAE前处理方法;叶松奎等开发了模态、刚度分析程序;樊红光等开发了静刚度分析程序;陆善彬等开发了无铆钉铆接快速建模方法。本文基于HyperWorks软件平台,采用Tcl\Tk语言,首次开发了某商用车驾驶室顶盖踩踏刚度自动化分析程序,该程序很好地解决了前处理施加载荷以及后处理提取结果的重复性工作,大大提高了工作效率,为企业节省了大量的时间成本和人工成本。
 
1 HyperWorks二次开发概述 
 
       工具控制语言Tcl是Tool Command Language的缩写,是一种解释执行的脚本语言,其面向对象为otcl语言。Tcl拥有一个固有的核心命令集,同时还具有和C/C++语言类似的控制结构:if控制、循环控制和switch控制等,并支持过程的定义和调用,对数组和字符串等简单数据结构也提供了支持。工具集Tk(Toolkit)是图形工具箱Tcl的扩展,它提供各种标准的GUI接口项,以利于迅速进行高级应用程序开发。
 
       基于HyperWorks平台的前、后处理二次开发支持Tcl&Tk语言。对于前处理,本文基于HyperMesh模块可以自动记录各种命令操作,然后形成本文需要的程序代码。对于后处理,本文基于Help帮助文件,逐层访问各级对象,并实现后处理操作。
 
2 某商用车驾驶室顶盖踩踏刚度加载的二次开发 
 
       2.1 某商用车驾驶室顶盖踩踏刚度加载流程 
 
       在某型商用车驾驶室开发过程中,顶盖踩踏刚度标志着顶盖的抗凹能力,是一项重要评价指标。顶盖踩踏工况一般在驾驶室强度工况分析后进行,因此可以直接借用驾驶室有限元模型进行分析。在驾驶室有限元模型的基础上,在模型上直接施加踩踏载荷进行CAE分析。由于该驾驶室顶盖踩踏位置有N=12个点,所以需要人工重复操作12次加载过程,如图1所示。分析步骤如下:首先,选择约束点位置,创建loadcollector并施加约束;然后,选择加载点位置,创建loadclloector并施加力F;最后创建载荷步loadstep,载荷施加完成后通过OptiStruct求解计算。

驾驶室顶盖踩踏刚度分析流程(N次循环)

图1 驾驶室顶盖踩踏刚度分析流程(N次循环)
 
       2.2 驾驶室顶盖踩踏刚度加载二次开发 
 
       根据驾驶室顶盖踩踏刚度加载过程,采用TCL\TK语言编程思路如图2所示。该程序根据企业标准可以确定驾驶室约束点和踩踏位置的节点编号,然后根据节点编号识别约束点和加载点。最后,采用“For”循环语句将加载踩踏力循环N次,完成加载过程。

驾驶室顶盖踩踏刚度分析流程

图2 驾驶室顶盖踩踏刚度分析流程
 
       该程序通过File-Run-Tcl/Tk Script运行,运行完成后程序自动提示“LoadSteps Finish”,表示加载完成。如图3所示。

驾驶室顶盖踩踏刚度自动化程序运行过程

图3 驾驶室顶盖踩踏刚度自动化程序运行过程
 
3 某商用车驾驶室顶盖踩踏刚度后处理的二次开发 
 
       3.1 某商用车驾驶室顶盖踩踏刚度后处理流程 
 
       按照程序加载完成后进行求解,计算完成后自动生成*.h3d文件,打开HyperView软件查看结果,设置好相关参数更改不同的Loadsteps,截图保存结果到指定位置。对于踩踏刚度,仅提取Z向位移即可。首先更改色标卡,显示Z向位移;然后截图保存并命名。同样地,本操作也需要重复N次操作(N=12),具体如图4所示。

驾驶室顶盖踩踏刚度后处理分析流程(N次循环)

图4 驾驶室顶盖踩踏刚度后处理分析流程(N次循环)
 
       3.2 驾驶室顶盖踩踏刚度后处理二次开发 
 
       HyperWorks前处理和后处理由两个模块分别负责,虽然都是基于TCL语言,但两者的编程逻辑不一样。与HyperMesh前处理部分不同,HyperView为面向对象的语法,基本语法如下:
 
       {object_name} {command} {command parameter(s)}
 
       操作一个对象之前,需要逐层访问各级对象,因此必须先了解数据结构的对象层级,其中HyperView数据结构的对象层级如图5所示。根据驾驶室顶盖踩踏刚度后处理过程可以制定二次开发流程图,具体如图6所示。程序主要完成修改色标卡、显示位移云图、循环输出位移云图、保存并重命名图片。程序运行完成后,可以直接获取位移图片,不需要重复性操作。具体运行方式如图7所示。

HyperView结构对象层级图

图5 HyperView结构对象层级图

驾驶室顶盖踩踏后处理流程

图6 驾驶室顶盖踩踏后处理流程

驾驶室顶盖踩踏刚度后处理自动化程序运行过程

图7 驾驶室顶盖踩踏刚度后处理自动化程序运行过程
 
4 应用效果 
 
       由小节2.1和3.1可知,现有驾驶室顶盖踩踏刚度分析需要N次(本模型N=12)重复性工作才可以完成,过程繁琐枯燥,熟练的CAE工程师多次加载和后处理需要半个小时左右。而通过二次开发编写的程序(见小节2.2和3.2),每次直接运行程序即可完成加载,5分钟内就可完成,极大地提高工作效率,且不易出错。程序运行方式简单,容易上手。
 
       除了简单加载,二次开发还可以自动划分网格、创建材料并赋属性、自动创建螺栓连接;关于后处理,可以实现自动出报告等更加全面自动化的程序。将所有小程序整合成一套CAE自动化分析流程,可以节省大量时间,甚至可以根据企业分析标准为CAD设计人员开发一套CAE分析程序,让其可以简单验证其设计思路是否可行,节省CAE人员重复繁琐的工作。
 
5 结论
 
       本文基于HyperWorks平台,采用TCL&TK语言提出一种自动驾驶室顶盖踩踏刚度分析方法,首次编写了驾驶室踩踏刚度自动化分析流程程序,通过直接运行该程序可以实现自动化加载和自动化后处理。本程序除了在驾驶室顶盖踩踏工况中应用,还可以在其他分析中推广应用,例如驾驶室局部刚度、车架刚度等。该方法的应用,提高了工作效率,避免了重复性工作,减少人为错误,缩短各大平台的研发时间,提高产品竞争力。
责任编辑:程玥
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