專利名稱：基于cae結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，更具體地說，涉及一種基于CAE 結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
車門是車身的重要組成部分，與車身一起構(gòu)成乘員的乘坐空間，具有足夠大的強 度和剛度是一款合格的車門所必備的條件。車門下垂、剛度不足及殘余變形過大就會造成 漏風(fēng)、滲水、汽車行駛過程中車門振動等，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致車門無法關(guān)閉。所以在設(shè)計初 期對車門剛度及殘余變形進(jìn)行檢驗是極其必要的。目前，最普遍的車門下垂剛度及殘余變形的檢驗方法是在生產(chǎn)出樣車之后，通過 實驗逐步的驗證、評價、修改優(yōu)化設(shè)計、重新生產(chǎn)零件、再通過實驗做進(jìn)一步的檢驗。這樣的檢驗方法，不但對實驗人員操作規(guī)范有相當(dāng)高的要求，同時又要不斷的重 新試制更新零件，這樣無形之間延長了整車的開發(fā)周期，而且還增加了開發(fā)成本，造成了不 必要的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計 方法，以能夠及時的更正結(jié)構(gòu)的錯誤，降低整車開發(fā)的成本。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案—種基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，包括下列步驟a)從車身總布置以及造型處獲得設(shè)計輸入條件；b)根據(jù)設(shè)計輸入條件對車門總成的各零部件及附件進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時通 過建模軟件創(chuàng)建CAD模型；C)將車門總成各零部件及附件的CAD模型導(dǎo)入CAE前處理軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；d)在CAE前處理軟件中模擬實際情況在各零部件及附件的網(wǎng)格之間創(chuàng)建連接關(guān) 系；e)在CAE前處理軟件中模擬車門總成實際實驗時的邊界約束條件；f)將在CAE前處理軟件中最后生成的有限元模型導(dǎo)入求解軟件進(jìn)行求解分析；g)將有限元仿真運算得出的結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；h)若步驟g)得出的結(jié)論低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 方案更新模型數(shù)據(jù)后返回步驟b)；若步驟g)得出的結(jié)論高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成最終設(shè)計輸
出ο優(yōu)選的，在上述優(yōu)化設(shè)計方法中，所述建模軟件為CATIA建模軟件。優(yōu)選的，在上述優(yōu)化設(shè)計方法中，所述CAE前處理軟件為Hypermesh軟件。優(yōu)選的，在上述優(yōu)化設(shè)計方法中，步驟e)中的所述邊界約束條件具體為車門總成 實際實驗時的載荷以及一些部件的自由度。
3
優(yōu)選的，在上述優(yōu)化設(shè)計方法中，所述步驟f)中的求解軟件具體為ABAQUS或 nastran &從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點是在車門設(shè)計的初 期采用CAE仿真結(jié)構(gòu)分析取代了傳統(tǒng)的實驗驗證校核剛度的計算方法，這樣不但提高了驗 證的準(zhǔn)確性而且大大的縮短了整個修改零件的周期，從而縮短了整車開發(fā)的時間。通過設(shè) 計初期的CAE分析能及時的更正結(jié)構(gòu)的錯誤，降低整車開發(fā)的成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方 法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的車門總成在開啟角度為15度工況下的CAD模型的示 意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的車門總成在開啟角度為68度工況下的CAD模型的示 意圖；圖4為本發(fā)明實施例所提供的車門總成的網(wǎng)格單元的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例所提供的車門總成在開啟角度為15度工況下的邊界條件的 示意圖；圖6為本發(fā)明實施例所提供的車門總成在開啟角度為68度工況下的邊界條件的 示意圖；圖7為本發(fā)明實施例所提供的車門總成在開啟角度為15度工況下計算所得的位 移云圖；圖8為本發(fā)明實施例所提供的車門總成在開啟角度為68度工況下計算所得的位 移云圖；圖9為本發(fā)明實施例所提供的車門總成處于開啟15度工況時的三種工步的位移 圖；圖10為本發(fā)明實施例所提供的車門總成處于開啟68度工況時的三種工步的位移 圖；圖11為本發(fā)明實施例所提供的兩種工況三種工步分析所產(chǎn)生的詳細(xì)結(jié)果框圖；圖12為歐洲美國以及我國關(guān)于車門下垂量以及殘余變形位移量的評判標(biāo)準(zhǔn)的示 意圖；圖13為本發(fā)明實施例所提供的車門經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的結(jié)論的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，以能 夠及時的更正結(jié)構(gòu)的錯誤，降低整車開發(fā)的成本。
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的 優(yōu)化設(shè)計方法的流程圖。本發(fā)明提供的基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，包括下列 步驟101 設(shè)計輸入；從車身總布置以及造型處獲得設(shè)計輸入條件。102:CAD 建模；根據(jù)步驟101得到的設(shè)計輸入條件對車門總成的各零部件及附件進(jìn)行初步的結(jié) 構(gòu)設(shè)計同時通過建模軟件創(chuàng)建CAD模型。本發(fā)明實施例使用的是CATIA建模軟件，當(dāng)然也 可以用其他建模軟件，只要可以創(chuàng)建出CAD模型即刻。103:網(wǎng)格劃分；將車門總成的各零部件及附件的CAD模型導(dǎo)入CAE前處理軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 本發(fā)明實施例使用的是Hypermesh (CAE前處理軟件)，當(dāng)然也可以用其他CAE前處理軟件， 只要可以將CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。104 創(chuàng)建連接方式；在Hypermesh中模擬實際情況在各零部件及附件的網(wǎng)格之間創(chuàng)建連接關(guān)系，從而 使所有網(wǎng)格形成一個車門總成的總網(wǎng)格。105 約束邊界條件；在Hyermesh中模擬實際實驗時的情況對車門總成網(wǎng)格施加載荷以及限制一些部 件的自由度，即約束邊界條件。106 分析求解；將在Hyermesh中最后生成的有限元模型導(dǎo)入求解軟件進(jìn)行求解分析。本發(fā)明提 供的求解軟件可以為ABAQUS或nastran求解軟件，當(dāng)然也可以為其他的求解軟件。107 判斷是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；將有限元仿真運算得出的結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，并判斷是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。108 提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；若步驟107得出的結(jié)論低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 方案更新模型數(shù)據(jù)后返回步驟102，重新建模，并且進(jìn)行CAE分析處理。109 設(shè)計輸出；若步驟107得出的結(jié)論高于或等于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則說明車門總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合要 求，完成最終設(shè)計輸出。綜上所述，本發(fā)明在車門設(shè)計的初期采用CAE仿真結(jié)構(gòu)分析取代了傳統(tǒng)的實驗驗 證校核剛度的計算方法，這樣不但提高了驗證的準(zhǔn)確性而且大大的縮短了整個修改零件的 周期，從而縮短了整車開發(fā)的時間。通過設(shè)計初期的CAE分析能及時的更正結(jié)構(gòu)的錯誤，降 低整車開發(fā)的成本。
5
下面以某一款汽車車門總成為例，并通過附圖介紹本發(fā)明的方法對其下垂剛度以 及殘余變形，進(jìn)行CAE仿真分析結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程。如圖2和圖3所示，從車身總布置和造型處獲得設(shè)計輸入條件后即可根據(jù)輸入條 件建立車門總成分別處于打開15度和68度的工況時的CAD模型。如圖4所示，將完成的CAD模型導(dǎo)入有限元前處理軟件Hypermesh完成模擬真 實情況的網(wǎng)格劃分工作，車門內(nèi)外板使用共節(jié)點的方式模擬包邊，各焊接零件之間才用 CWELD (連接兩個曲面片或點的焊接或扣接件)單元連接的方式模擬焊點連接的情況，螺栓 連接的部件采用RBE2在中心建立剛性連接。如圖5和圖6所示，完成網(wǎng)格劃分和連接后，在Hypermesh中約束圖中深色圓點 的所有自由度，隨后在兩種工況下分為三個工步分別為(1)在車門總成上施加模擬實際 車門總成本身重力的均布載荷；(2) 1分鐘后，在門鎖加強板處逐漸施加1000N的集中載荷； (3) 1分鐘后撤去集中載荷保留均布載荷。如圖7和圖8所示，將在Hypermesh中完成的CAE前處理文件導(dǎo)入到求解器ABAQUS 中進(jìn)行求解后得到兩種工況時受到集中載荷時的位移云圖。如圖9-圖11所示，在分別求解得到兩種工況三種工步的位移云圖之后將結(jié)果導(dǎo) 入EXCEL繪制生成折線圖，其中，圖9為車門總成處于開啟15度工況時的三種工步的位移 圖，dl為工步⑴、d2為工步⑵、d3為工步(3)；圖10為車門總成處于開啟68度工況時 的三種工步的位移圖；圖11為兩種工況三種工步分析所產(chǎn)生的詳細(xì)結(jié)果，其中δ為撤去工 步(2)集中載荷后車門總成所產(chǎn)生的塑性形變、即殘余變形。如圖12所示，分別將加載和時的最大位移d2和殘余位移δ的值與我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 相比較，通過比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)次車門總成處于車門開啟68度工況時，不符合我國標(biāo)準(zhǔn)，需要優(yōu) 化結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗提出以下5種改進(jìn)方案方案1，Α柱加強板厚度從1.0mm增到1.5mm。 方案2，A柱加強板厚度從1.0mm增到2mm。方案3，鉸鏈改成剛體進(jìn)行分析。方案4，車門 內(nèi)螺母板改成擴(kuò)大的加強板。方案5，車門內(nèi)螺母板改成擴(kuò)大的加強板，同時A柱加強板厚 度從1. 0_±曾至Ij 1. 2_。如圖13所示根據(jù)5種優(yōu)化方案分別更新零件后重新進(jìn)行CAE分析最后的到結(jié)果 列入表中。從分析的結(jié)果來看方案2可行。最終設(shè)計采取方案2將A柱加強板厚度從1.0mm 增至Ij 2mm ο最后車門總成下垂剛度以及殘余變形均符合我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成設(shè)計輸出。本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括步驟a)從車身總布置以及造型處獲得設(shè)計輸入條件；b)根據(jù)設(shè)計輸入條件對車門總成的各零部件及附件進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時通過建模軟件創(chuàng)建CAD模型；c)將車門總成各零部件及附件的CAD模型導(dǎo)入CAE前處理軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；d)在CAE前處理軟件中模擬實際情況在各零部件及附件的網(wǎng)格之間創(chuàng)建連接關(guān)系；e)在CAE前處理軟件中模擬車門總成實際實驗時的邊界約束條件；f)將在CAE前處理軟件中最后生成的有限元模型導(dǎo)入求解軟件進(jìn)行求解分析；g)將有限元仿真運算得出的結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；h)若步驟g)得出的結(jié)論低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案更新模型數(shù)據(jù)后返回步驟b)；若步驟g)得出的結(jié)論高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成最終設(shè)計輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述建模軟件為CATIA建模軟件。
3.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述CAE前處理軟件為Hypermesh 軟件。
4.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟e)中的所述邊界約束條件具 體為車門總成實際實驗時的載荷以及一些部件的自由度。
5.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟f)中的求解軟件具體為 ABAQUS 或 nastran 軟件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于CAE結(jié)構(gòu)分析的汽車車門下垂問題的優(yōu)化設(shè)計方法，包括步驟從車身總布置以及造型處獲得設(shè)計輸入條件；通過建模軟件創(chuàng)建CAD模型；將CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；模擬實際情況創(chuàng)建連接關(guān)系；模擬車門總成實際實驗時的邊界約束條件；將最后生成的有限元模型進(jìn)行求解分析；將有限元仿真運算得出的結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；若得出的結(jié)論低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；若得出的結(jié)論高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成最終設(shè)計輸出。本發(fā)明不但提高了驗證的準(zhǔn)確性而且大大的縮短了整個修改零件的周期，從而縮短了整車開發(fā)的時間。通過設(shè)計初期的CAE分析能及時的更正結(jié)構(gòu)的錯誤，降低整車開發(fā)的成本。
文檔編號G06F17/50GK101916322SQ201010275350
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者房長江, 楊捷, 王興毅, 王飛, 謝植州, 黃友意 申請人:上海奕代汽車技術(shù)有限公司