HyperWorks二次開發技術在汽車座椅構件拓撲優化過程中的應用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

1 概述

在整個CAE分析流程中,對模型的前處理一直是工程師消耗時間最多環節,對于同一類產品的分析,前后處理工作涉及大量重復性操作、手工操作。這些重復性工作不僅耗費時間,而且可能由于人為因素而產生遺漏和錯誤。因此,采用合適的工具,在現有軟件的基礎上進行二次開發,設計出一套CAE分析的標準流程,必然能夠提升CAE工程師的工作效率,縮短產品開發周期,并且避免錯誤操作。另外,通過自主研發的流程自動化系統,可以將企業中成熟的產品分析流程固定化、標準化,便于技術在企業內部推廣。

近年來,HyperWorks在產品設計、研發、分析過程中得到了廣泛的使用。本文介紹用于某型號汽車前排座椅構件結構拓撲優化而設計開發的自動化系統,該系統借助于HyperWorks軟件中Process Studio模塊下的開發環境,綜合運用各種開發工具,完成針對某構件的拓撲優化過程以及分析驗證工作。

2 汽車座椅構件拓撲優化過程簡介

構拓撲優化在工程結構的初始設計階段起著重要作用,汽車座椅構件拓撲優化設計是基于子結構法提出的一種新的結構優化方法。根據力的傳遞路徑,提取構件上所受的載荷,單獨施加到構件上進行優化,依照“反復驗證,逐步逼優”的原則,最終得到構件材料分布的拓撲形態,總體流程圖如圖1所示。

由于汽車座椅構件在拓撲優化過程中需要反復驗證,多次循環優化才能得到最優結構。這些重復性工作不僅耗費時間,而且還可能由于人為因素而產生遺漏和錯誤。因此設計開發出CAE分析的標準流程系統將有助于此類問題的解決。

本文所介紹的流程系統涵蓋第3、4、5步的前后處理工作.

3 CAE流程自動化系統的結構

針對上文所說的CAE分析過程,本文中的CAE流程自動化系統主要分為三大部分:拓撲優化模塊、整椅驗證模塊以及優化結果判定與輸出模塊,CAE流程自動化系統的界面如圖2 所示。

拓撲優化模塊的作用就是選擇汽車座椅骨架中的構件,并對該構件模型進行處理,主要包括導入邊界條件文件、幾何模型檢查與清理、拓撲優化過程的定義、后處理、輸出優化后的模型等,其目的就是建立有限元分析模型,從而進行靜態分析和結構拓撲優化,同時獲取優化信息文件。

整椅驗證模塊的作用是對上一步優化后的構件模型,重新導入整椅模型中,重新進行靜態分析后,來驗證優化后的整椅模型在相同工況下是否滿足國標要求。

優化結果判定與輸出模塊的作用是獲取構件優化前后的分析文件,同時提取相關數據進行判定,以此決定優化循環的次數,同時在最后可以按照客戶的要求,輸出優化報告文件。

4 CAE流程自動化系統開發的詳細設計

HyperWorks軟件是一個高度開放性的CAE平臺,用戶可以根據自己的需求來設計開發自動化系統。HyperWorks中CAE流程自動化的開發可以運用于多種方法,包括自定義宏文件、Process Manager、Process Studio 、TCL/TK語言以及與C/C++語言的拓展集成等。

CAE軟件功能模塊多,且各項功能比較分散,大量的功能選項給操作人員帶來很多不便,通過二次開發技術建立圖形交互界面,可以很好地解決這個問題。CAE流程自動化系統中不同模塊下人機交互界面的實現,主要采用兩種形式:自定義功能面板和調用HyperMesh原有功能面板。

4.1 在Process Studio下自定義功能界面

Process Studio是一個流程編輯工具,是進行自動化系統設計的主要平臺。它的主要功能是為用戶提供一個可視化的編程環境,如圖3所示,用戶可以快速地設計流程樹結構,編寫程序代碼。

流程樹中每個節點是一個具體任務,都有相應圖像用戶界面(GUI)與用戶形成交互。節點的具體表現形式是由不同的頁(HWPM Page)來實現,用戶可以編輯不同的控件,寫入功能代碼,同時根據要求來設置控件的屬性及具體位置,并把它們有序地組織在一起就形成了“頁”。

在流程樹中通過組織不同的頁以及各種控件按鈕,如圖4所示,便構成了用戶交互的界面。

4.2 調用原有面板

在流程樹的圖形界面編寫過程中,部分功能的實現可以通過調用HyperMesh原有面板來完成,而且這些面板功能簡潔,操作方便。調用一個面板,只需要在編輯“頁”時將調用命令添加至按鈕事件中即可。

流程自動化系統中,調用HyperMesh中某個面板的功能主要通過這兩個命令來實現:hm_callpane panelName、hm_setpanelproc ProcName,其中參數panelName 是要被調用的面板名稱,參數ProcName是包括了hm_callpanel 命令的“過程”名稱。例如要調用edges面板的代碼示例是:

proc Calledge { } {

hm_callpanel edges

}

hm_setpanelproc Calledge

4.3 第三方應用程序的嵌入

TCL語言具有很強的可擴充性,提供其它高級語言的調用接口,可很容易地嵌入C/C++以及VB程序,與自動化系統組成一體。應用程序可能夠產生TCL命令并執行,其中命令可以由用戶產生,也可以從用戶接口的輸入中讀取。

在汽車座椅構件在拓撲優化過程中,產生的數據信息文件多而繁雜,僅僅運用HyperWorks提供的二次開發平臺很難實現多層數據之間的傳遞。因此,將應用程序嵌入流程中,不僅能夠實現不同文件數據的提取與判定,同時還能控制優化報告的輸出格式,應用程序界面如圖5所示。

如圖5所示,進入優化判定界面后,在第一行中輸入“1”,即提取第一次優化后信息文件中的數據,點擊“獲取”,自動提取相關的數值,同時用戶可以根據項目的需要自行更改優化目標中的數值。點擊“判定”,軟件會根據優化目標所設置的數值,進行計算判斷,并提示是否達到優化目標。

如果優化未達到目標,流程返回起始點,開始新一輪的結構優化過程。如果優化已經達到既定目標,流程會根據用戶的需要自動輸出優化報告,優化報告格式如圖所示6所示。

CAE流程自動化系統與常操常規方式相比,操作平臺有較大簡化,同時通過命令的集成,減少了人工參與,降低了出錯的可能性,大大減少了前處理所需要的時間。

5 CAE流程自動化系統應用實例

針對汽車座椅構件拓撲優化設計的整個CAE分析過程,模型構件的選擇,幾何模型檢查與清理、拓撲優化過程的定義、優化判定以及輸出優化方案報告等一系列功能均在流程系統中完成。圖7為座椅拓撲優化操作流程中導入座椅模型界面,從下拉菜單中選擇文件類型,同時選取相應的模型文件,就可以直接導入模型。圖8為拓撲優化定義參數變量界面,只需輸入變量名稱和單元最小優化尺寸,同時選擇設計區域,就可以完成變量的定義。圖9為優化判定界面,在面板中點擊“Make the Judgement”,打開優化判定程序,輸入優化的次序,可以從眾多輸出文件中提取相關數據,點擊“判定”,就可以根據用戶的要求進行判斷,并彈出相應的提示。

操作人員只要按照流程樹的操作提示,就可以順利完成整個拓撲優化過程的工作,得到優化的結果。