汽车后门刚度分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车门结构的优化技术领域，尤其是为了优化汽车后门结构而对汽车部件进行有限元分析的汽车后门刚度分析方法。
【背景技术】
[0002]CAE技术可以缩短产品开发周期、优化产品结构、提高产品性能、延长产品寿命、降低开发成本，它已广泛的应用于众多行业，如航天航空、汽车交通、水利水电、建筑工程、电子电器、港口船舶等等。
[0003]现代计算机的高速发展为有限元理论和CAE技术的快速发展提供了基础，使人们可以使用高性能计算机求解更大、更复杂的有限元模型，可以使同等规模的有限元模型的计算时间大大缩短，可以在有限的时间内验证更多的优化方案。
[0004]汽车的后门是整车当中的一个重要组成部分，在进行后门的结构设计和优化过程中，需要对结构的刚度、强度、和动力学性能进行评估，利用CAE技术对后门结构的各项性能进行分析，寻找最优的结构优化方案，可以极大的缩短设计时间，降低试验和开发成本。
[0005]在对后门进行CAE分析的过程中，除需要手工操作对后门进行建模和连接等前处理工作外，还需要设置边界条件、施加载荷、提交计算等人工操作、另外还有一系列步骤繁多的对结果进行后处理的人工操作，以至于人工操作的时间都已经超过计算机求解模型的时间，造成极大的人力资源的浪费。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供为了优化汽车后门结构而对汽车部件进行有限元分析的汽车后门刚度分析方法。
[0007]本发明的目的是这样实现的，I)对车后门进行整体扫描；
2)将扫描数据传输至CAE进行建模，并对其进行有限元节点设定；
3)节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车后门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式[U] = [K]-1.[F]获得车后门节点的位移矩阵[U]，其中[F]为作用在每个车后门节点上的力组成的力矩阵，[K]-l是所述刚度矩阵[K]的逆矩阵；
4)将所述逆矩阵[K]-l向车后门节点的法向方向进行投影以获得车后门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式[Un] = [Kn]-1获得车后门节点的法向位移矩阵[Un]，所述法向刚度是指车后门钣金结构上的节点的法向方向的刚度，即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值；
5)将获得的所述法向位移矩阵[Un]转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车后门节点的法向位移云图；
6)根据所述车身节点的法向位移云图的显示结果来确定车后门钣金刚度薄弱区；
7)调整车后门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述1)~6)步骤或调整车后门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述2) ~6)步骤； 8)在7)步骤进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
[0008]本发明的优点是:首先，按照一定的规律对已经建立好的后门有限元模型中的某些特定点进行重新编号；然后针对不同的性能分析编制不同的头文件，每个头文件都引用同一个后门的有限元模型，目的是可以使用同一后门的有限元模型进行不同性能的分析和评估，减少前处理工作，提高模型的利用率；第三，通过批处理命令将所有的待求解模型一起提交给求解器进行计算；第四，本发明的方法可以自动判断所有模型是否计算完毕，在完成所有计算之后会自动对结果进行一系列原本需要手工操作的后处理工作；最后，只输出关键结果值和图片，并保留关键计算结果。
[0009]整个过程无需人工干预，释放了大量的人力资源，且结果准确无误，不会出现由于人工操作而出现的失误。
[0010]经本发明提出的方法处理过某些型号的汽车后门结构设计，其结果验证了本发明的有效性和高效性。
【具体实施方式】
[0011]实例I
1)对车后门进行整体扫描；
2)将扫描数据传输至CAE进行建模，并对其进行有限元节点设定；
3)节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车后门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式[U] = [K]-1.[F]获得车后门节点的位移矩阵[U]，其中[F]为作用在每个车后门节点上的力组成的力矩阵，[K]-l是所述刚度矩阵[K]的逆矩阵；
4)将所述逆矩阵[K]-l向车后门节点的法向方向进行投影以获得车后门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式[Un] = [Kn]-1获得车后门节点的法向位移矩阵[Un]，所述法向刚度是指车后门钣金结构上的节点的法向方向的刚度，即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值；
5)将获得的所述法向位移矩阵[Un]转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并导入有限元后处理软件显示车后门节点的法向位移云图；
6)根据所述车身节点的法向位移云图的显示结果来确定车后门钣金刚度薄弱区；
7)调整车后门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述1)~6)步骤或调整车后门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述2) ~6)步骤；
8)在7)步骤进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
【主权项】
1.汽车后门刚度分析方法，其特征包含以下步骤: 1)对车后门进行整体扫描； 2)将扫描数据传输至CAE进行建模，并对其进行有限元节点设定； 3)节点设定完成后，通过进行有限元计算处理获得车后门节点的刚度矩阵[K]，并通过公式[U] = [K]-1.[F]获得车后门节点的位移矩阵[U]，其中[F]为作用在每个车后门节点上的力组成的力矩阵，[K]-l是所述刚度矩阵[K]的逆矩阵； 4)将所述逆矩阵[K]-l向车后门节点的法向方向进行投影以获得车后门节点的法向刚度矩阵[Kn]的逆矩阵[Kn]-1，并通过公式[Un] = [Kn]-1获得车后门节点的法向位移矩阵[Un]，所述法向刚度是指车后门钣金结构上的节点的法向方向的刚度，即为在该节点的法向方向施加的力与受该力作用产生的法向位移的比值； 5)将获得的所述法向位移矩阵[Un]转换成能被有限元后处理软件识别的格式，并 导入有限元后处理软件显示车后门节点的法向位移云图； 6)根据所述车身节点的法向位移云图的显示结果来确定车后门钣金刚度薄弱区； 7)调整车后门钣金刚度薄弱区的模型形状，并重复上述1)~6)步骤或调整车后门钣金刚度薄弱区的节点位置并重复上述2) ~6)步骤； 8)在7)步骤进行至少5次之后，将结果录入有限元后处理软件，最后得到优化的结构。
【专利摘要】汽车后门刚度分析方法，所要解决的问题是量化车后门优化方法，并如何使其通过CAE排除人力资源的浪费；本发明的技术方案是按照一定的规律对已经建立好的后门有限元模型中的某些特定点进行重新编号；然后针对不同的性能分析编制不同的头文件，每个头文件都引用同一个后门的有限元模型，目的是可以使用同一后门的有限元模型进行不同性能的分析和评估，减少前处理工作，提高模型的利用率；本发明的有益效果：整个过程无需人工干预，释放了大量的人力资源，且结果准确无误，不会出现由于人工操作而出现的失误。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104992012
【申请号】CN201510360162
【发明人】王磊, 乔鑫, 孔繁华, 邢如飞, 刘莹, 王俊峰
【申请人】华晨汽车集团控股有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月26日