【案例分析】基于TCL編程的HyperMesh二次開發(fā)在抗凹分析中的應用

2016-11-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

導讀

抗凹性是汽車外覆蓋件性能的重要指標之一。傳統(tǒng)抗凹分析方法存在考察點選取不準、操作復雜、參數(shù)無法固化與費時較長等缺點。本文基于TCL語言利用HyperMesh二次開發(fā)了抗凹分析自動化工具,使抗凹分析流程自動化、準確化。抗凹分析自動化工具能準確找到外板的薄弱點,固化了根據(jù)經(jīng)驗總結出的參數(shù)設置以保證精度,3分鐘之內(nèi)完成全部設置。

1概述

抗凹陷性能(簡稱抗凹性)是指車身外表零件抵抗外加負荷在其表面產(chǎn)生壓痕的能力。轎車車身常見的表面缺陷(變形)有三種形式,即耳形塌陷、斜坡變形和張力松弛,經(jīng)常出現(xiàn)的位置如下圖所示。這些缺陷隱患處主要是加工成型中相對難以控制的部位,也是外覆蓋件抗凹陷分析與檢查的重要位置。在經(jīng)濟型車輛的外覆蓋件中,最容易出現(xiàn)的就是張力松弛缺陷,直觀地表現(xiàn)為表面質(zhì)地發(fā)軟,其根本原因就是表面的設計剛度不足。

圖1  外覆蓋件抗凹陷性能

靜態(tài)載荷作用過程中,覆蓋件表面將表現(xiàn)三個明顯的剛度響應階段——彈性區(qū)、塑性平滑區(qū)與硬化區(qū)。在從第一響應區(qū)向第二響應區(qū)過渡時,在特定情況下可能發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象——油罐效應現(xiàn)象,即表現(xiàn)為載荷突然變小而出現(xiàn)大的滑移。這種失穩(wěn)現(xiàn)象的剛度變化曲線如下圖所示。

在日常的使用中,例如洗車、受小石子打擊等情況是不可避免的,因此設計中必須要求車身外覆蓋件的表面能夠承受一定的載荷(靜態(tài)與動態(tài)載荷)而不發(fā)生大的變形。車身表面的抗凹陷特性也就需要滿足以下條件:1)施加一定載荷時,不發(fā)生過大的變形,即表面抗凹陷剛度足夠;2)卸載后殘余變形小,具體表現(xiàn)為無明顯的壓痕。

抗凹性是用戶選購新車的重要指標,抗凹性差導致車身外表掌壓剛度和指壓剛度低,影響用戶感受,而且車身表面易在外力作用下產(chǎn)生壓痕,影響外觀且易損傷銹蝕。通過抗凹分析發(fā)現(xiàn)汽車外板薄弱點,校驗其抗凹性能,給出優(yōu)化建議和方案。 

本文利用TCL語言基于HyperMesh進行二次開發(fā)抗凹分析自動化工具,使抗凹分析流程自動化、準確化。

2傳統(tǒng)抗凹性分析方法

抗凹分析的工作過程分為預分析和抗凹性分析兩步,首先通過預分析篩選外表面的薄弱點作為考察點,然后進行抗凹分析,建立壓頭模型與接觸關系,對考察點逐個校核。

傳統(tǒng)抗凹分析方法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,如圖3所示。需對主面、從面、接觸對、載荷步進行幾十步操作,設置接近二十多個參數(shù),操作難以規(guī)范化,易出錯,如圖4所示。參數(shù)值的設置尚無統(tǒng)一規(guī)定,通常需對參數(shù)反復調(diào)整才能收斂,不同的參數(shù)值對計算結果有較大影響。需要2~3次試算,花費工時較長,每項分析需要4h~20h(不含求解計算時間)。存在考察點選取困難、操作復雜、正確性較低、費時較長等缺點。

圖3  側圍考察點選取示意圖

3HyperMesh二次開發(fā)工作目標

開發(fā)和應用外覆蓋件抗凹性自動化分析工具,實現(xiàn)以下功能:1、提供選擇考察點的有效方案,能夠快速準確地篩選出車身外表面抗凹性薄弱的位置,作為抗凹性分析的考察點。2、固化參數(shù)設置,能夠提供一套通用性好的分析參數(shù)數(shù)值,對于大多數(shù)情況均能保證計算收斂性和精度。3、自動完成各種操作和設置,能夠根據(jù)簡單的用戶指令,在HyperMesh環(huán)境中自動實現(xiàn)預分析(用于薄弱點選擇)和抗凹性分析所需的各種操作設置,生成可直接提交求解器計算的文件。

4HyperMesh二次開發(fā)實施方案

對HyperMesh軟件二次開發(fā)實現(xiàn)分析自動化,利用宏命令開發(fā)用戶界面,利用TCL腳本語言編程實現(xiàn)功能。

預分析中采用單點加集中力法篩選薄弱點,在模型上選上百個點,每個點分別施加法向集中力建立載荷步進行線性擾動分析,根據(jù)線性擾動分析得到的法向位移結果確定薄弱點。

根據(jù)實際經(jīng)驗固化抗凹性分析參數(shù)設置,總結多個項目的抗凹性分析設置,反復調(diào)整各參數(shù)進行計算,測試其對收斂性和計算結果的影響。

在實際項目中應用、調(diào)試和驗證,在實際項目中應用自動化工具,并與傳統(tǒng)分析方法詳細對比。根據(jù)使用者的反饋,修正bug,改進功能。

5HyperMesh二次開發(fā)實施過程

二次開發(fā)實施過程分為方案制定、目標確定、開發(fā)調(diào)試、應用驗證四個階段。

方案制定首先確定技術路線,然后確定二次開發(fā)的主要功能,最后規(guī)劃二次開發(fā)的工作流程。

目標確定需對各實際項目總結提煉,測試各種參數(shù)的影響,比對各種考察點選擇方案與各種壓頭模型和加載方案。

開發(fā)調(diào)試需固化各項參數(shù)設置,完成界面和主程序的開發(fā),與傳統(tǒng)方法詳細比對和修正BUG改進功能。

應用驗證用于實際項目使用,驗證實際功能和效果并根據(jù)使用者反饋進一步改進。

圖5 二次開發(fā)工作流程規(guī)劃

6HyperMesh二次開發(fā)抗凹分析自動化工具

基于HyperMesh開發(fā)的抗凹分析自動化工具如圖6所示。其中“Pre_Calc”按鈕用于查找薄弱點,為每個試算點建立一個loadstep,施加法向集中力進行線性擾動分析。“Pre_UNDO”按鈕自動刪除Pre_Calc設置,僅剩余外邊界約束與考察點處局部坐標系。“Head_12mm”按鈕在考察點處進行抗凹分析所需的全部設置(12mm剛性壓頭),“Head_120mm”按鈕在考察點處進行抗凹分析所需的全部設置(120mm剛性壓頭),能夠根據(jù)板材料厚自動調(diào)整剛性壓頭初始位置,使剛性壓頭與板材的初始間隙為0,自動為剛性壓頭的參考點賦局部坐標系,.dat文件中的U3數(shù)值即為參考點沿外板法方向的位移值,無需進行坐標變化,實施的各項分析參數(shù)設置是基于多個實際項目經(jīng)驗的總結,對于絕大多數(shù)情況均能保證良好精度和收斂性。“Head_UNDO”按鈕自動刪除Head_12mm或Head_120mm的所建立的抗凹分析設置。

圖6 抗凹分析自動化工具

7結論

傳統(tǒng)抗凹分析方法通常不能準確找到薄弱點,需進行幾十步操作,設置接近二十個參數(shù),易出錯。參數(shù)設置難以統(tǒng)一,不同的參數(shù)對結果的精確性影響較大。通常需要2~3次試算,共需花費工時4h~20h(不計計算機求解時間)。  

基于TCL編程的HyperMesh二次開發(fā)抗凹分析自動化工具能找到外板中的全部剛性較低的點,鼠標僅需點擊數(shù)次即完成全部操作和設置,固化了根據(jù)經(jīng)驗總結出的參數(shù)設置,利于不同車型之間的抗凹分析結果對比。3分鐘之內(nèi)(不計計算機求解時間)即可完成全部設置。

HyperMesh二次開發(fā)抗凹分析自動化工具還具有簡單易用、選點正確、規(guī)范操作、收斂性好、結果準確等特點,推廣使用后每個項目可節(jié)省約500個工時。

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