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HyperWorks二次开发技术在车身弯曲刚度及洞口变形分析中的应用

2022/4/19    来源:Altair    作者:田磊  张立玲  刘明卓  黄尧      
关键字:白车身  弯曲刚度  洞口变形  HyperWorks  
本文利用TclTk语言,在Altair公司的HyperWorks软件平台下开发了能够快速完成建模、求解、后处理的自动化工具,将分析时间缩短了75%左右,有助于缩短开发周期和保证分析结果的一致性。
1 开发背景

       弯曲刚度和洞口变形是白车身开发过程中的重要性能之一,是保证乘员安全的重要指标,所以该项性能是车身CAE分析中的重要考察项。按照相关分析规范,采用带风挡玻璃及前后防撞梁的整个白车身有限元模型作为分析对象,模型中需要对前后减震器座安装点进行约束,并且在座椅位置加载垂向力,如图1所示,求解完成后读取相关节点的位移并计算评价指标,考察内容主要有门槛梁及横梁的刚度、各洞口对角线的相对变形(前风挡、前门、后门、后风挡、行李箱盖),除此之外,还需保证各纵梁和横梁的节点具有平缓的变形。

       上述分析流程中,主要涉及了约束节点、定义载荷、建立工况、导出模型文件、调用求解器计算、读取位移结果并计算指标、撰写分析报告等几个步骤,如果全部通过手工操作的方式来完成,将会导致开发人员的工作量较大,尤其是绘制门槛梁及各横梁的变形曲线的工作,需要分析人员读取多个节点的位移值并加以整理,十分耗时。当车身的设计方案发生变化时,CAE工程师都要重复上述过程,严重影响了分析过程的效率和结果的一致性。如果能够将分析流程固化,并且利用CAE软件支持的编程语言进行深度二次开发,使繁琐复杂的手动操作由计算机程序自动完成,则可以将分析人员从繁重的操作过程中解脱出来,进而将更多的精力放在产品设计方案的改进上。

车身弯曲刚度及洞口变形分析模型示意图

图1 车身弯曲刚度及洞口变形分析模型示意图

2 开发说明

       本文开发的车身弯曲刚度及洞口变形自动分析工具采用Tcl/Tk语言编写,以Altair公司的HyperWorks软件为平台,输入为待分析的车身有限元模型和用于生成分析报告的PPT模板文件。分析过程中,CAE工程师只需通过点击鼠标等简单操作,便可以驱动程序运行,快速完成由建模到分析,再到后处理的全部过程,主要涉及的技术方法包括:

       ?为了实现自动化的约束、加载等操作,需要利用HyperMesh软件提供的二次开发接口函数;

       ?为了能够完成自动后处理的过程,需要利用HyperGraph和HyperView软件提供的二次开发接口,读取结果文件中的相关节点的位移,并且利用Visual Basic Script语言进行编程,生成最终的分析报告。

3 系统设计

       分析车身弯曲刚度及洞口变形时,需要约束左右前减震器座安装点的三向平动自由度、左右后减震器座安装点的垂向平动自由度,然后在前后座椅位置沿垂向加载集中力。

       生成计算文件并完成求解后,需要分别读取前纵梁、门槛梁、后纵梁以及各横梁的垂向位移,如图2所示。基于上述节点的位移,一方面要计算门槛梁及横梁的刚度(计算方法为加载垂向力除以各节点垂向位移的最大值),如果大于门限值,则满足要求,否则不满足;另一方面要绘制各梁的弯曲刚度曲线,如图3所示,这些曲线必须是光滑连续的才能够满足设计要求。

纵梁、门槛梁及横梁的取点方法

图2 纵梁、门槛梁及横梁的取点方法

弯曲刚度曲线示意图

图3 弯曲刚度曲线示意图

       除了门槛梁和横梁的弯曲刚度外,还需要考察车身各洞口的变形情况,包括前后风挡对角线、前后门框以及行李箱门框对角线的长度变化,如图4所示。

洞口变形考察对象图

图4 洞口变形考察对象图

基于自动化工具的分析流程图

图5 基于自动化工具的分析流程图

       本文在HyperWorks软件中开发了用户操作界面,打开软件后会在左侧产生一个新的标签页,由顶层界面开始,选择车身分析类,可以逐层进入本文开发的自动分析工具。

车身弯曲刚度自动化分析工具界面

图6 车身弯曲刚度自动化分析工具界面

4 操作流程

       这里对本文开发的自动化分析工具的操作流程进行介绍,限于篇幅,本节只选择其中的关键步骤来说明。

       4.1 定义参数

       点击参数定义按钮(Define Param),会弹出图7所示的对话框,该对话框包含了多个编辑框,包括待分析的白车身模型、工作路径、分析报告模板、求解器路径等参数。

参数定义对话框

图7 参数定义对话框

       4.2 选择约束和加载点

       点击选择约束节点按钮(Select Constraint Nodes),将会弹出图8所示的对话框,用户需要分别选择前后减震器安装点。点击选择加载节点按钮(Select Load Nodes),将会弹出图9所示的对话框,用户需要选择四个座椅上的加载点。

选择约束节点页面

图8 选择约束节点页面

选择加载节点页面

图9 选择加载节点页面

       4.3 选择梁节点及洞口对角线节点

       点击选择梁节点按钮(Select Analysis Nodes of Beams),会弹出图10所示的对话框,用户需要分别选择前纵梁、后纵梁、门槛梁、横梁上所关注的节点。点击选择洞口对角线节点按钮(Select Analysis Nodes of Holes),将会弹出图11所示的对话框,用户需要分别选择前风挡、前门、后门、后风挡以及行李箱盖对角线上的四个节点。

选择梁节点页面

图10 选择梁节点页面

选择洞口对角线节点页面

图11 选择洞口对角线节点页面

       当用户完成上述各步骤的操作后,便可以逐个点击导出模型、求解计算以及后处理按钮,本文开发的工具将会自动生成计算文件,并调用求解器进行计算,最后自动化分析工具将会首先调用HyperGraph软件,读取各加载节点的位移,编写Visual Basic Script语言对应的可执行文件.vbs,运行该文件便可以自动生成分析报告,弯曲刚度和洞口变形的计算结果分别如图12、13所示。

弯曲刚度的计算结果汇总表

图12 弯曲刚度的计算结果汇总表

洞口变形的计算结果汇总表

图13 洞口变形的计算结果汇总表

5 分析与结论

       本文在Altair公司的HyperWorks软件平台下开发了车身弯曲刚度及洞口变形自动分析工具,它可以协助车身工程师快速完成CAE分析,利用该工具进行分析所花费的时间为手动操作时间的25%左右。使用者只需进行选择约束节点、加载节点以及分析节点的操作,便可由程序自动完成模型导入、施加载荷、导出模型、求解计算、后处理等工作,最终按照固定的模板生成分析报告,提高了分析效率及计算结果的一致性,有助于缩短开发周期和提升产品品质。
责任编辑:程玥
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