基于 HyperForm 車身結(jié)構(gòu)一體化仿真分析方法應(yīng)用研究

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站基于 HyperForm 車身結(jié)構(gòu)一體化仿真分析方法應(yīng)用研究歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    1 概要        隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，CAE 仿真分析已成為支持工程師進(jìn)行創(chuàng)新研究和創(chuàng)新設(shè)計最重要的工具和手段。在汽車領(lǐng)域，其研究對象已涵蓋了車身、動力和底盤三大系統(tǒng)，研究內(nèi)容包含了結(jié)構(gòu)分析、工藝分析、動力學(xué)分析、內(nèi)外流場分析和安全分析等多個方面。對于車身結(jié)構(gòu)分析而言，

2、應(yīng)用 CAE 技術(shù)已經(jīng)能得到包括剛度、強度、模態(tài)以及疲勞壽命等參數(shù)。        但目前在車身鈑金件的結(jié)構(gòu)分析中往往使用名義厚度進(jìn)行分析，未考慮沖壓成形引起的厚度、應(yīng)變等變化，這與實際情況嚴(yán)重不符。本文使用 Altair HyperForm 8.0 的強大沖壓成形分析和結(jié)果映射功能，將沖壓成形造成的厚度變化引入到結(jié)構(gòu)分析中來，改善 CAE 仿真精度。        為了更直觀的研究沖壓成形結(jié)果對結(jié)構(gòu)分析的影響，我們需要對同一個部件進(jìn)行兩種 CAE 分析，一種是不考慮成形結(jié)果

3、的結(jié)構(gòu)分析，為了便于說明，將其稱為傳統(tǒng)分析方法；另一種是考慮了成形結(jié)果的結(jié)構(gòu)分析方法，將其稱為一體化分析法。具體而言就是按照圖 1 所示的流程，使用 HyperMesh 建立兩個同樣的結(jié)構(gòu)分析模型，之后使用 HyperForm對選定部件中的沖壓件進(jìn)行成形分析，并使用 Result-Mapper 將成形結(jié)果映射到一個結(jié)構(gòu)分析模型中，最后采用一致的邊界條件對兩個結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加載，并對比仿真結(jié)果得出最終結(jié)論。         這里需要說明一點，就是在選取分析部件時，除了要考慮滿足結(jié)構(gòu)仿真要求以外，其組成中還要有數(shù)量占優(yōu)的沖壓成形件

4、，以便更好的反映一體化分析法帶來的變化。為此，我們選擇某轎車發(fā)動機(jī)罩總成作為分析部件，并對其核心部件-發(fā)動機(jī)機(jī)罩內(nèi)板和外板-進(jìn)行成形分析。下面將按照圖 1 流程，詳細(xì)介紹車身結(jié)構(gòu)一體化仿真方法。        2 成形分析模型建立        HyperForm 作為一款專業(yè)的板金沖壓成形仿真軟件，提供了一步法、增量法和模面設(shè)計等三大主流成形仿真工具，限于篇幅的限制和減少求解時間的目的，本文僅選用了一步法作為成形仿真方法，但該方法對于增量法的結(jié)果同樣有效。 

5、60;      此前還需要使用模面設(shè)計功能，將零件體補充為成形仿真工件，主要流程見圖 2 所示。按照各個步驟的相互關(guān)系，將整個流程分成了三大環(huán)節(jié)，即：模型準(zhǔn)備，成形準(zhǔn)備和求解計算。        下面以發(fā)動機(jī)罩內(nèi)板為例，介紹每一環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容。        2.1 模型準(zhǔn)備環(huán)節(jié)        本環(huán)節(jié)的主要目的就是對導(dǎo)入的零件幾何進(jìn)行清理，并使用模面設(shè)計將零件體補充

6、為成形分析需要的工件。        模型導(dǎo)入后需要先后使用合并工具，將自由邊、共享面加以處理，之后使用"pinholes"和"surface crate"功能將零件中的孔洞補齊并光順局部邊界，在劃分網(wǎng)格前，還需要使用"suppress"功能將幾何中非特征處-曲率變化不大的位置-加以壓縮，以便獲得質(zhì)量更好的網(wǎng)格，如圖 3 所示。        在網(wǎng)格創(chuàng)建上，推薦使用"Auotmesh/surfac

7、e deviation"功能。圖 4 中的網(wǎng)格分別是使用常規(guī)方法和"surface deviation"功能劃分的，從右圖可以看出在曲率變化較大的圓角和拐角處，網(wǎng)格單元較密集，而在其它比較平坦的位置網(wǎng)格形狀與正常劃分一致。這種做法的好處是顯而易見的，曲率變化很大的位置正是成形中最容易出問題的位置，在這些地方使用細(xì)小單元能較好的模擬出彎角等形狀，便于分析計算；另一方面，在曲率變化不明顯的位置使用較大單元，可以大大減少單元數(shù)量，從而縮短了仿真時間。在使用該功能時，注意參數(shù)設(shè)置，"min element size"一般取0.5mm， "ma

8、x element size"一般取 20mm 即可。最終得到四邊形單元共計 168,639 個，三角形單元 15,872 個。    此后，還需要使用模面工程創(chuàng)建零件的壓料面和工藝補充面。這里值得一提的是，HyperForm 將所有工作都按照流程順序排列在宏菜單中，這既便于操作還兼具提醒的作用。對于發(fā)動機(jī)罩內(nèi)板，先使用"Curved binder"功能創(chuàng)建曲面壓料面，隨后使用"Const S"創(chuàng)建工藝補充面，設(shè)置相應(yīng)工藝補充面截面線參數(shù) "pluslength","wallangle", "entry radius" , 得到的工藝補充