ATC報告-基于Hypermesh二次開發(fā)實現汽車結構分析自動化-長安汽車-王朋波

基于Hypermesh二次開發(fā)實現汽車結構分析自動化王朋波重慶長安汽車股份有限公司內容提要背景關于建模效率提升關于材料數據庫關于常規(guī)分析項的自動化幾點感想背景長安北京院CAE團隊組建于2011年春，共20人涵蓋強度耐久、NVH、CFD、行駛性能四個領域。Hypermesh二次開發(fā)自2012年初開始，目前已完成50余項開發(fā)。二十余項常規(guī)分析項實現自動化。DescriptionofthecontentsDescriptionofthecontents20112012同時承擔5-6個整車開發(fā)項目，任務繁重。人員來自多個單位，思路和方法不統(tǒng)一。磨合時間短，知識傳遞和共享程度不夠。有限元建模效率提升一倍以上。每輪整車分析所需工時縮短40%關于建模效率提升根據焊點catia文件自動生成焊點connector并連接相應組件。檢查connector是否與幾何點匹配，清理重復的焊點一鍵顯示組件多項信息。自動統(tǒng)一組件ID、屬性ID和零件號。清理分析設置僅保留基本模型信息。提升建模效率開發(fā)十余種工具程序減少人為錯誤自動讀取bom表中的材料和厚度寫入組件命名。根據組件命名批量賦單元特性和材料。按照預設的參數自動進行幾何清理和網格劃分，并完成一些后期處理。示例1-Batchmesh工具關于建模效率提升直接用Batchmesher模塊進行網格自動劃分，用戶需進行以下操作1.從總成模型中提取需劃分網格的部件，存為獨立的幾何文件2.進入batchmesher界面，設定相關參數3.batchmesher模塊完成自動網格劃分4.將完成網格劃分的部件導入原總成模型5.重置裝配層級關系開發(fā)目標用戶只需選定需要劃分網格的comp,即能自動完成上述各項操作關于建模效率提升Batchmesh工具工作步驟所有工作均在hypermesh主界面下完成。模型能夠保持原有的裝配層級關系。針對Nastran、Abaqus和Dyna分別開發(fā)相應的TCL程序。涵蓋鈑金件、實體件、焊點、焊縫、粘膠、包邊、螺栓等多種類型。賦材料時首先搜索模型中已創(chuàng)建材料，如無同名材料，則創(chuàng)建新材料。如果comp命名中某些字段缺失，則在comp命名中加標記示警。能夠自動區(qū)分殼單元comp和實體單元comp，分別采用不同的命名格式。允許bom表中存在空行。如果多個comp共用一個零件號，添加_01/_02/_03/…后綴以區(qū)分。如果bom表中缺少某個數據，則在comp命名中加標記示警。工具1：讀取bom表的料厚和材料信息，在comp命名體現工具2：根據comp命名，批量賦材料和厚度示例2-讀取BOM表信息自動為組件賦材料和厚度關于建模效率提升關于建模效率提升工具1工作步驟關于建模效率提升前綴Comp類型單元類型Prop類型N鈑金件殼單元PshellS實體件實體單元PsolidSPOT焊點ACMPsolidBOLT螺栓rbe2+bar+rbe2PbarHEM包邊殼單元PshellMIG焊縫rbe3+hex+rbe3PsolidGLUE粘膠rbe2+hex+rbe3Psolid工具2工作步驟關于材料數據庫現實問題Abaqus/Nastran材料庫自動生成工具彈塑性曲線擬合方案建立常用材料基礎數據表，包含楊氏模量、泊松比屈服極限、抗拉極限、斷后延伸率等信息。提出四點擬合方案，根據屈服極限、抗拉極限和延伸率等擬合形成彈塑性曲線。根據簡單的用戶指令，以材料參數表為輸入，在HyperMesh環(huán)境中自動生成可直接用于Abaqus/Nastran計算的材料數據卡片。常用材料性能參數表解決思路

對于大部分材料，僅有屈服強度、抗拉強度等基本參數，缺乏應力應變曲線。

Abaqus/Nastran材料卡片需逐個手工輸入數據，費時費力，且易出錯。關于材料數據庫材料自動生成工具工作步驟程序能自動判斷當前模板是Nastran還是Abaqus。生成彈塑性曲線時，首先讀取表格中的試驗數據，如果缺少則采用四點擬合方案。關于常規(guī)分析項的自動化非線性分析剛度分析NVH分析車門自重下掉分析安裝點剛度分析TB車身噪聲傳函分析車輪動態(tài)彎曲強度分析白車身彎曲扭轉剛度分析TB車身振動傳函分析穩(wěn)定桿強度分析白車身開口扭轉變形量分析接附點原點動剛度分析車門鉸鏈強度分析料厚靈敏度分析輪胎不平衡分析車門垂向剛度分析車門窗框側向剛度分析怠速/加速激勵振動分析外覆蓋件抗凹性分析車身和閉合件模態(tài)分析怠速/加速激勵噪聲分析提升效率規(guī)范操作實現經驗知識固化和傳遞二十余項分析實現自動化建立對問題迅速反應能力關于常規(guī)分析項的自動化示例1-抗凹分析自動化工具參數值的設置尚無統(tǒng)一規(guī)定。通常需對參數反復調整才能收斂。不同的參數值對結果有較大影響。通常需要2~3次試算。每項分析需要4h~20h。缺點考察點選取不準操作復雜一般采用均布壓強或重力場法篩選考察點。通常不能準確找到最薄弱的點。對壓頭模型、接觸對、載荷步進行幾十步操作并設置二十多個參數。操作難以規(guī)范化，易出錯。參數無法固化費時較長FILLETRADIUSADJUSTNothicknessSmallslidingTYPE=SURFACETOSURFACEInitialincrementTimeperiodMinimumincrementMaximumincrementNLGEOM=YESSTABILIZEANALYSIS=DISCONTINUOUSAUTOMATICTOLERANCESSTATIC,STABILIZEOUTPUT,FIELD實際剛性最小位置均布壓強分析選出的考察點參數設置傳統(tǒng)分析方法關于常規(guī)分析項的自動化示例1-抗凹分析自動化工具參數設置模板化采用單點加力方案，選上百個點，分別施加法向集中力，建立載荷步進行Abaqus線性擾動分析。根據分析得到的法向位移結果確定薄弱點?？偨Y多個項目的經驗，確定一套通用性好的Abaqus分析參數，對于大多數情況均能保證計算收斂性和精度。工具程序能根據簡單的用戶指令，嚴格依照分析規(guī)范，在HyperMesh環(huán)境中自動完成預分析和抗凹性分析的各種操作，生成可直接提交求解的文件?？拱夹苑治鲎詣踊ぞ唛_發(fā)思路確定選擇考察點的有效方案操作自動化和規(guī)范化關于常規(guī)分析項的自動化示例1-抗凹分析自動化工具在選取的多個點上進行線性擾動分析設置，用于查找薄弱點自動刪除Pre_Calc設置在考察點處進行抗凹分析所需的全部設置（12mm剛性壓頭和120mm壓頭）Head_120mm自動刪除抗凹分析各種設置預分析操作演示抗凹分析操作演示Head_12mmPre_UNDOPre_CalcHead_UNDO在用戶頁面設置5個宏按鈕關于常規(guī)分析項的自動化示例1-抗凹分析自動化工具傳統(tǒng)抗凹分析方法抗凹分析自動化工具通常不能準確找到薄弱點?？疾禳c選取操作復雜度計算精度所費工時需進行幾十步操作，設置接近二十個參數，易出錯。參數設置難以統(tǒng)一，不同的參數對結果影響較大，且經常不收斂。通常需要2~3次試算，需花費工時2h~10h。準確找到外板中全部剛性較低的點。鼠標僅需點擊數次，即可嚴格按照規(guī)范完成全部操作設置。固化了根據經驗總結出的參數設置，精度和收斂性好，也利于不同車型之間的結果對比。三分鐘之內(不含計算機求解時間）。方法對比關于常規(guī)分析項的自動化示例2-安裝點剛度分析自動化工具傳統(tǒng)分析方法：每個車身需分析約60個安裝點，對每個點需進行以下操作：安裝孔中心建立局部坐標系將局部坐標系賦給孔中心節(jié)點新建一loadcollector并在孔中心加法向力為loadstep設置結果輸出選項新建一loadstep并設定載荷約束關于常規(guī)分析項的自動化示例2-安裝點剛度分析自動化工具提示用戶選擇安裝孔rbe2(每個安裝孔需預先建立一rbe2)。為每個安裝孔建立局部坐標系，并assign給孔中心點。為每個安裝孔創(chuàng)建一個loadcolletor用于設置載荷，并在孔中心點施加集中力。為每個安裝孔創(chuàng)建一個loadstep，選定載荷和約束，并設置位移應力輸出選項。完成SOL\Param等卡片設置創(chuàng)建一個loadcolletor以設置約束條件(所有安裝點共用)在相應位置自動施加約束（約束點需預先設為指定的節(jié)點號）安裝點剛度分析自動化工具開發(fā)思路工具1：常規(guī)設置工具2：操作多個安裝點關于常規(guī)分析項的自動化示例2-安裝點剛度分析自動化工具程序能根據RBE2自動確定法方向和中心節(jié)點幾點感想TCL語言+Hypermesh平臺開發(fā)方案的優(yōu)點：易上手：無編程經驗者學習十幾個學時即可入門。投入低：完成一項開發(fā)調試僅需數個小時至數個工作日。效果好：工作效率提升明顯，且大幅減少人為錯誤發(fā)生機率。工具程序的用戶是有一定經驗的CAE專業(yè)人員不追求CAE工作的傻瓜化，而是提升專業(yè)人員的工作效率和質量。分析