搜索网格密度对车门抗凹分析结果的影响研究
2017-01-05 by:CAE仿真在线 来源:互联网
摘要:抗凹性是衡量汽车车门使用性能的重要指标之一。传统的抗凹分析方案中,外板上与压头接触部分需细化网格。由于每次抗凹分析需考虑多个考察点,网格细化使工作量大为增加而且难以实现分析流程自动化。本文使用HyperWorks软件,对比研究了原模型与细化模型的结果差异。计算结果表明,网格是否细化对结果影响不大,且差异方向一致。该结论可为提高分析效率,改进车门及车身覆盖件抗凹分析方法提供重要参考。
1 引言
车门外板尺寸大,有一定的的曲率和预变形,使用过程中在外载荷(如人为的触摸按压、振动、物体撞击等)作用下其形状易发生凹陷挠曲甚至产生局部永久凹痕。目前抗凹分析中,外板与压头接触部分需细化网格,细化后的网格作为从面与刚性圆盘建立接触对,并考虑几何非线性、材料非线性、边界非线性进行抗凹分析。要得到质量较好的四边形细化网格,工程师须花费一定时间和精力,加上抗凹分析点较多,一个车门抗凹分析往往需要数小时甚至数十小时。本文使用HyperWorks软件,通过对比研究原模型与细化模型的结果差异,以确定网格细化是否必要,为提高抗凹分析效率,改进、固化车门及车身覆盖件抗凹分析方法提供依据。
2大型有限元软件HyperWorks
AltairHyperWorks是一个创新、开放的企业级CAE平台,它集成设计与分析所需各种工具,具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面,从设计-前处理-求解器-后处理-优化,HyperWorks都有对应的功能模块。
前处理技术是有限元仿真分析的基础,汽车结构有限元分析中,前处理要占用分析流程中大约50%的时间。HyperMesh可以为工程常用的有限元软件提供网格,是目前汽车行业应用最广的前处理软件。同时HyperMesh提供了丰富的CAD软件接口,如CATIA、UG、Pro/E等,读入几何模型的速度和效率较高。HyperMesh也为各种有限元软件(求解器)配有接口,选择对应求解器模板,即可得到求解器标准输入文件,大大提高了前处理效率。
3有限元模型及分析方法
建立包括前车门、活动铰链、固定铰链的有限元模型,车门所有薄板冲压成型件采用壳单元模拟,铰链采用实体单元建模。模型连接中焊点采用1Dconnectors中spot单元,粘胶采用solid单元。全局单元尺寸8×8mm,外板厚度为0.7mm,材料为DC06。根据外板均布压强分布分析结果,选取变形较大位置为考察点,位置如下图1所示。
图1 抗凹考察点位置
3.1原模型与网格细化模型
模型一(原模型):车门外板网格平均尺寸8×8mm;模型二(网格细化模型):外板与压头接触部分局部网格细化,平均尺寸2×2mm,两模型对比如图2所示。
模型一:8×8mm 模型二:2×2mm
图2 原模型与网格细化模型
3.2 边界条件
固定铰链及锁芯处约束DOF1~6;考察点处建立局部坐标系,Z向垂直于车门外板朝外,在该局部坐标系下,刚性压头参考点约束DOF12456,并在Z向分别加载40N、100N,约束边界见图3。
图3 约束边界
4 计算结果
4.140N载荷时两种模型计算结果
考察点在40N载荷作用下原模型各考察点位移-载荷历程曲线如图4所示,网格细化模型各考察点位移-载荷历程曲线见图5,两者位移结果对比见表1。
图4 40N原模型各考察点位移-载荷曲线 图5 40N网格细化模型各考察点位移-载荷曲线
表1 40N载荷作用下原模型与网格细化模型计算结果对比
4.3 结果分析
车门抗凹分析中,无论40N加载还是100N加载,网格细化模型的抗凹位移计算结果比原模型大1.4%~2.9%之间。可以认为,网格尺寸较大的模型偏刚硬,位移求解结果偏小,但目前车体有限元分析中常用的网格尺寸已基本能够反映模型特征,与细化模型3%以内的误差工程上可以接受。
5 结论
在车门抗凹有限元分析中,网格是否细化对计算结果的影响不大,且差异方向一致。建议在车门、顶盖、前罩盖、侧围等车身外覆盖件抗凹分析中,网格不再细化。使用粗网格模型时,可适当调低抗凹目标值2%~5%,以消除粗网格偏刚硬带来的误差。
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