HyperWorks二次開發(fā)技術(shù)在汽車座椅構(gòu)件拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中的應(yīng)用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1 概述

在整個(gè)CAE分析流程中,對(duì)模型的前處理一直是工程師消耗時(shí)間最多環(huán)節(jié),對(duì)于同一類產(chǎn)品的分析,前后處理工作涉及大量重復(fù)性操作、手工操作。這些重復(fù)性工作不僅耗費(fèi)時(shí)間,而且可能由于人為因素而產(chǎn)生遺漏和錯(cuò)誤。因此,采用合適的工具,在現(xiàn)有軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),設(shè)計(jì)出一套CAE分析的標(biāo)準(zhǔn)流程,必然能夠提升CAE工程師的工作效率,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,并且避免錯(cuò)誤操作。另外,通過(guò)自主研發(fā)的流程自動(dòng)化系統(tǒng),可以將企業(yè)中成熟的產(chǎn)品分析流程固定化、標(biāo)準(zhǔn)化,便于技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部推廣。

近年來(lái),HyperWorks在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、分析過(guò)程中得到了廣泛的使用。本文介紹用于某型號(hào)汽車前排座椅構(gòu)件結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化而設(shè)計(jì)開發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng),該系統(tǒng)借助于HyperWorks軟件中Process Studio模塊下的開發(fā)環(huán)境,綜合運(yùn)用各種開發(fā)工具,完成針對(duì)某構(gòu)件的拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程以及分析驗(yàn)證工作。

2 汽車座椅構(gòu)件拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程簡(jiǎn)介

構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化在工程結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)階段起著重要作用,汽車座椅構(gòu)件拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)是基于子結(jié)構(gòu)法提出的一種新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。根據(jù)力的傳遞路徑,提取構(gòu)件上所受的載荷,單獨(dú)施加到構(gòu)件上進(jìn)行優(yōu)化,依照“反復(fù)驗(yàn)證,逐步逼優(yōu)”的原則,最終得到構(gòu)件材料分布的拓?fù)湫螒B(tài),總體流程圖如圖1所示。

由于汽車座椅構(gòu)件在拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中需要反復(fù)驗(yàn)證,多次循環(huán)優(yōu)化才能得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)。這些重復(fù)性工作不僅耗費(fèi)時(shí)間,而且還可能由于人為因素而產(chǎn)生遺漏和錯(cuò)誤。因此設(shè)計(jì)開發(fā)出CAE分析的標(biāo)準(zhǔn)流程系統(tǒng)將有助于此類問(wèn)題的解決。

本文所介紹的流程系統(tǒng)涵蓋第3、4、5步的前后處理工作.

3 CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

針對(duì)上文所說(shuō)的CAE分析過(guò)程,本文中的CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為三大部分:拓?fù)鋬?yōu)化模塊、整椅驗(yàn)證模塊以及優(yōu)化結(jié)果判定與輸出模塊,CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)的界面如圖2 所示。

拓?fù)鋬?yōu)化模塊的作用就是選擇汽車座椅骨架中的構(gòu)件,并對(duì)該構(gòu)件模型進(jìn)行處理,主要包括導(dǎo)入邊界條件文件、幾何模型檢查與清理、拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程的定義、后處理、輸出優(yōu)化后的模型等,其目的就是建立有限元分析模型,從而進(jìn)行靜態(tài)分析和結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,同時(shí)獲取優(yōu)化信息文件。

整椅驗(yàn)證模塊的作用是對(duì)上一步優(yōu)化后的構(gòu)件模型,重新導(dǎo)入整椅模型中,重新進(jìn)行靜態(tài)分析后,來(lái)驗(yàn)證優(yōu)化后的整椅模型在相同工況下是否滿足國(guó)標(biāo)要求。

優(yōu)化結(jié)果判定與輸出模塊的作用是獲取構(gòu)件優(yōu)化前后的分析文件,同時(shí)提取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定,以此決定優(yōu)化循環(huán)的次數(shù),同時(shí)在最后可以按照客戶的要求,輸出優(yōu)化報(bào)告文件。

4 CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

HyperWorks軟件是一個(gè)高度開放性的CAE平臺(tái),用戶可以根據(jù)自己的需求來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)。HyperWorks中CAE流程自動(dòng)化的開發(fā)可以運(yùn)用于多種方法,包括自定義宏文件、Process Manager、Process Studio 、TCL/TK語(yǔ)言以及與C/C++語(yǔ)言的拓展集成等。

CAE軟件功能模塊多,且各項(xiàng)功能比較分散,大量的功能選項(xiàng)給操作人員帶來(lái)很多不便,通過(guò)二次開發(fā)技術(shù)建立圖形交互界面,可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)中不同模塊下人機(jī)交互界面的實(shí)現(xiàn),主要采用兩種形式:自定義功能面板和調(diào)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(gè)流程編輯工具,是進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要平臺(tái)。它的主要功能是為用戶提供一個(gè)可視化的編程環(huán)境,如圖3所示,用戶可以快速地設(shè)計(jì)流程樹結(jié)構(gòu),編寫程序代碼。

流程樹中每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)具體任務(wù),都有相應(yīng)圖像用戶界面(GUI)與用戶形成交互。節(jié)點(diǎn)的具體表現(xiàn)形式是由不同的頁(yè)(HWPM Page)來(lái)實(shí)現(xiàn),用戶可以編輯不同的控件,寫入功能代碼,同時(shí)根據(jù)要求來(lái)設(shè)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(yè)”。

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

4.2 調(diào)用原有面板

在流程樹的圖形界面編寫過(guò)程中,部分功能的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)調(diào)用HyperMesh原有面板來(lái)完成,而且這些面板功能簡(jiǎn)潔,操作方便。調(diào)用一個(gè)面板,只需要在編輯“頁(yè)”時(shí)將調(diào)用命令添加至按鈕事件中即可。

流程自動(dòng)化系統(tǒng)中,調(diào)用HyperMesh中某個(gè)面板的功能主要通過(guò)這兩個(gè)命令來(lái)實(shí)現(xiàn):hm_callpane panelName、hm_setpanelproc ProcName,其中參數(shù)panelName 是要被調(diào)用的面板名稱,參數(shù)ProcName是包括了hm_callpanel 命令的“過(guò)程”名稱。例如要調(diào)用edges面板的代碼示例是:

proc Calledge { } {

hm_callpanel edges

}

hm_setpanelproc Calledge

4.3 第三方應(yīng)用程序的嵌入

TCL語(yǔ)言具有很強(qiáng)的可擴(kuò)充性,提供其它高級(jí)語(yǔ)言的調(diào)用接口,可很容易地嵌入C/C++以及VB程序,與自動(dòng)化系統(tǒng)組成一體。應(yīng)用程序可能夠產(chǎn)生TCL命令并執(zhí)行,其中命令可以由用戶產(chǎn)生,也可以從用戶接口的輸入中讀取。

在汽車座椅構(gòu)件在拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程中,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息文件多而繁雜,僅僅運(yùn)用HyperWorks提供的二次開發(fā)平臺(tái)很難實(shí)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)之間的傳遞。因此,將應(yīng)用程序嵌入流程中,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同文件數(shù)據(jù)的提取與判定,同時(shí)還能控制優(yōu)化報(bào)告的輸出格式,應(yīng)用程序界面如圖5所示。

如圖5所示,進(jìn)入優(yōu)化判定界面后,在第一行中輸入“1”,即提取第一次優(yōu)化后信息文件中的數(shù)據(jù),點(diǎn)擊“獲取”,自動(dòng)提取相關(guān)的數(shù)值,同時(shí)用戶可以根據(jù)項(xiàng)目的需要自行更改優(yōu)化目標(biāo)中的數(shù)值。點(diǎn)擊“判定”,軟件會(huì)根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)所設(shè)置的數(shù)值,進(jìn)行計(jì)算判斷,并提示是否達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

如果優(yōu)化未達(dá)到目標(biāo),流程返回起始點(diǎn),開始新一輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程。如果優(yōu)化已經(jīng)達(dá)到既定目標(biāo),流程會(huì)根據(jù)用戶的需要自動(dòng)輸出優(yōu)化報(bào)告,優(yōu)化報(bào)告格式如圖所示6所示。

CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)與常操常規(guī)方式相比,操作平臺(tái)有較大簡(jiǎn)化,同時(shí)通過(guò)命令的集成,減少了人工參與,降低了出錯(cuò)的可能性,大大減少了前處理所需要的時(shí)間。

5 CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

針對(duì)汽車座椅構(gòu)件拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的整個(gè)CAE分析過(guò)程,模型構(gòu)件的選擇,幾何模型檢查與清理、拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程的定義、優(yōu)化判定以及輸出優(yōu)化方案報(bào)告等一系列功能均在流程系統(tǒng)中完成。圖7為座椅拓?fù)鋬?yōu)化操作流程中導(dǎo)入座椅模型界面,從下拉菜單中選擇文件類型,同時(shí)選取相應(yīng)的模型文件,就可以直接導(dǎo)入模型。圖8為拓?fù)鋬?yōu)化定義參數(shù)變量界面,只需輸入變量名稱和單元最小優(yōu)化尺寸,同時(shí)選擇設(shè)計(jì)區(qū)域,就可以完成變量的定義。圖9為優(yōu)化判定界面,在面板中點(diǎn)擊“Make the Judgement”,打開優(yōu)化判定程序,輸入優(yōu)化的次序,可以從眾多輸出文件中提取相關(guān)數(shù)據(jù),點(diǎn)擊“判定”,就可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行判斷,并彈出相應(yīng)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(gè)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程的工作,得到優(yōu)化的結(jié)果。

6 結(jié)論

本文闡述了CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中相關(guān)技術(shù)與方法,通過(guò)深入地研究 HyperWorks在企業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn),同時(shí)對(duì)座椅構(gòu)件拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程進(jìn)行實(shí)例分析,驗(yàn)證了CAE流程自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用性和方便性,提高了工作效率,縮短了企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析周期,對(duì)企業(yè)此類系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的參考和指導(dǎo)價(jià)值。

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