網(wǎng)格密度對(duì)車門抗凹分析結(jié)果的影響研究

2017-01-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要:抗凹性是衡量汽車車門使用性能的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的抗凹分析方案中,外板上與壓頭接觸部分需細(xì)化網(wǎng)格。由于每次抗凹分析需考慮多個(gè)考察點(diǎn),網(wǎng)格細(xì)化使工作量大為增加而且難以實(shí)現(xiàn)分析流程自動(dòng)化。本文使用HyperWorks軟件,對(duì)比研究了原模型與細(xì)化模型的結(jié)果差異。計(jì)算結(jié)果表明,網(wǎng)格是否細(xì)化對(duì)結(jié)果影響不大,且差異方向一致。該結(jié)論可為提高分析效率,改進(jìn)車門及車身覆蓋件抗凹分析方法提供重要參考。

1 引言

車門外板尺寸大,有一定的的曲率和預(yù)變形,使用過(guò)程中在外載荷(如人為的觸摸按壓、振動(dòng)、物體撞擊等)作用下其形狀易發(fā)生凹陷撓曲甚至產(chǎn)生局部永久凹痕。目前抗凹分析中,外板與壓頭接觸部分需細(xì)化網(wǎng)格,細(xì)化后的網(wǎng)格作為從面與剛性圓盤建立接觸對(duì),并考慮幾何非線性、材料非線性、邊界非線性進(jìn)行抗凹分析。要得到質(zhì)量較好的四邊形細(xì)化網(wǎng)格,工程師須花費(fèi)一定時(shí)間和精力,加上抗凹分析點(diǎn)較多,一個(gè)車門抗凹分析往往需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)。本文使用HyperWorks軟件,通過(guò)對(duì)比研究原模型與細(xì)化模型的結(jié)果差異,以確定網(wǎng)格細(xì)化是否必要,為提高抗凹分析效率,改進(jìn)、固化車門及車身覆蓋件抗凹分析方法提供依據(jù)。

2大型有限元軟件HyperWorks

AltairHyperWorks是一個(gè)創(chuàng)新、開(kāi)放的企業(yè)級(jí)CAE平臺(tái),它集成設(shè)計(jì)與分析所需各種工具,具有無(wú)與倫比的性能以及高度的開(kāi)放性、靈活性和友好的用戶界面,從設(shè)計(jì)-前處理-求解器-后處理-優(yōu)化,HyperWorks都有對(duì)應(yīng)的功能模塊。

前處理技術(shù)是有限元仿真分析的基礎(chǔ),汽車結(jié)構(gòu)有限元分析中,前處理要占用分析流程中大約50%的時(shí)間。HyperMesh可以為工程常用的有限元軟件提供網(wǎng)格,是目前汽車行業(yè)應(yīng)用最廣的前處理軟件。同時(shí)HyperMesh提供了豐富的CAD軟件接口,如CATIA、UG、Pro/E等,讀入幾何模型的速度和效率較高。HyperMesh也為各種有限元軟件(求解器)配有接口,選擇對(duì)應(yīng)求解器模板,即可得到求解器標(biāo)準(zhǔn)輸入文件,大大提高了前處理效率。

3有限元模型及分析方法

建立包括前車門、活動(dòng)鉸鏈、固定鉸鏈的有限元模型,車門所有薄板沖壓成型件采用殼單元模擬,鉸鏈采用實(shí)體單元建模。模型連接中焊點(diǎn)采用1Dconnectors中spot單元,粘膠采用solid單元。全局單元尺寸8×8mm,外板厚度為0.7mm,材料為DC06。根據(jù)外板均布?jí)簭?qiáng)分布分析結(jié)果,選取變形較大位置為考察點(diǎn),位置如下圖1所示。

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圖1 抗凹考察點(diǎn)位置

3.1原模型與網(wǎng)格細(xì)化模型

模型一(原模型):車門外板網(wǎng)格平均尺寸8×8mm;模型二(網(wǎng)格細(xì)化模型):外板與壓頭接觸部分局部網(wǎng)格細(xì)化,平均尺寸2×2mm,兩模型對(duì)比如圖2所示。

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模型一:8×8mm 模型二:2×2mm

圖2 原模型與網(wǎng)格細(xì)化模型

3.2 邊界條件

固定鉸鏈及鎖芯處約束DOF1~6;考察點(diǎn)處建立局部坐標(biāo)系,Z向垂直于車門外板朝外,在該局部坐標(biāo)系下,剛性壓頭參考點(diǎn)約束DOF12456,并在Z向分別加載40N、100N,約束邊界見(jiàn)圖3。

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圖3 約束邊界

4 計(jì)算結(jié)果

4.140N載荷時(shí)兩種模型計(jì)算結(jié)果

考察點(diǎn)在40N載荷作用下原模型各考察點(diǎn)位移-載荷歷程曲線如圖4所示,網(wǎng)格細(xì)化模型各考察點(diǎn)位移-載荷歷程曲線見(jiàn)圖5,兩者位移結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

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圖4 40N原模型各考察點(diǎn)位移-載荷曲線圖5 40N網(wǎng)格細(xì)化模型各考察點(diǎn)位移-載荷曲線

表1 40N載荷作用下原模型與網(wǎng)格細(xì)化模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

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4.3 結(jié)果分析

車門抗凹分析中,無(wú)論40N加載還是100N加載,網(wǎng)格細(xì)化模型的抗凹位移計(jì)算結(jié)果比原模型大1.4%~2.9%之間?？梢哉J(rèn)為,網(wǎng)格尺寸較大的模型偏剛硬,位移求解結(jié)果偏小,但目前車體有限元分析中常用的網(wǎng)格尺寸已基本能夠反映模型特征,與細(xì)化模型3%以內(nèi)的誤差工程上可以接受。

5 結(jié)論

在車門抗凹有限元分析中,網(wǎng)格是否細(xì)化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不大,且差異方向一致。建議在車門、頂蓋、前罩蓋、側(cè)圍等車身外覆蓋件抗凹分析中,網(wǎng)格不再細(xì)化。使用粗網(wǎng)格模型時(shí),可適當(dāng)調(diào)低抗凹目標(biāo)值2%~5%,以消除粗網(wǎng)格偏剛硬帶來(lái)的誤差。

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