搜索網格密度對車門抗凹分析結果的影響研究
2017-01-05 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
摘要:抗凹性是衡量汽車車門使用性能的重要指標之一。傳統的抗凹分析方案中,外板上與壓頭接觸部分需細化網格。由于每次抗凹分析需考慮多個考察點,網格細化使工作量大為增加而且難以實現分析流程自動化。本文使用HyperWorks軟件,對比研究了原模型與細化模型的結果差異。計算結果表明,網格是否細化對結果影響不大,且差異方向一致。該結論可為提高分析效率,改進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變形,使用過程中在外載荷(如人為的觸摸按壓、振動、物體撞擊等)作用下其形狀易發生凹陷撓曲甚至產生局部永久凹痕。目前抗凹分析中,外板與壓頭接觸部分需細化網格,細化后的網格作為從面與剛性圓盤建立接觸對,并考慮幾何非線性、材料非線性、邊界非線性進行抗凹分析。要得到質量較好的四邊形細化網格,工程師須花費一定時間和精力,加上抗凹分析點較多,一個車門抗凹分析往往需要數小時甚至數十小時。本文使用HyperWorks軟件,通過對比研究原模型與細化模型的結果差異,以確定網格細化是否必要,為提高抗凹分析效率,改進、固化車門及車身覆蓋件抗凹分析方法提供依據。
2大型有限元軟件HyperWorks
AltairHyperWorks是一個創新、開放的企業級CAE平臺,它集成設計與分析所需各種工具,具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面,從設計-前處理-求解器-后處理-優化,HyperWorks都有對應的功能模塊。
前處理技術是有限元仿真分析的基礎,汽車結構有限元分析中,前處理要占用分析流程中大約50%的時間。HyperMesh可以為工程常用的有限元軟件提供網格,是目前汽車行業應用最廣的前處理軟件。同時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,選擇對應求解器模板,即可得到求解器標準輸入文件,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,鉸鏈采用實體單元建模。模型連接中焊點采用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。根據外板均布壓強分布分析結果,選取變形較大位置為考察點,位置如下圖1所示。
圖1 抗凹考察點位置
3.1原模型與網格細化模型
模型一(原模型):車門外板網格平均尺寸8×8mm;模型二(網格細化模型):外板與壓頭接觸部分局部網格細化,平均尺寸2×2mm,兩模型對比如圖2所示。
模型一:8×8mm 模型二:2×2mm
圖2 原模型與網格細化模型
3.2 邊界條件
固定鉸鏈及鎖芯處約束DOF1~6;考察點處建立局部坐標系,Z向垂直于車門外板朝外,在該局部坐標系下,剛性壓頭參考點約束DOF12456,并在Z向分別加載40N、100N,約束邊界見圖3。
圖3 約束邊界
4 計算結果
4.140N載荷時兩種模型計算結果
考察點在40N載荷作用下原模型各考察點位移-載荷歷程曲線如圖4所示,網格細化模型各考察點位移-載荷歷程曲線見圖5,兩者位移結果對比見表1。
圖4 40N原模型各考察點位移-載荷曲線 圖5 40N網格細化模型各考察點位移-載荷曲線
表1 40N載荷作用下原模型與網格細化模型計算結果對比
4.3 結果分析
車門抗凹分析中,無論40N加載還是100N加載,網格細化模型的抗凹位移計算結果比原模型大1.4%~2.9%之間。可以認為,網格尺寸較大的模型偏剛硬,位移求解結果偏小,但目前車體有限元分析中常用的網格尺寸已基本能夠反映模型特征,與細化模型3%以內的誤差工程上可以接受。
5 結論
在車門抗凹有限元分析中,網格是否細化對計算結果的影響不大,且差異方向一致。建議在車門、頂蓋、前罩蓋、側圍等車身外覆蓋件抗凹分析中,網格不再細化。使用粗網格模型時,可適當調低抗凹目標值2%~5%,以消除粗網格偏剛硬帶來的誤差。
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