一种对车载柜体进行有限元分析的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对车载柜体进行有限元分析的方法。
【背景技术】
[0002]车载柜体是实现轨道车辆正常运行的重要部件，目前轨道车辆上安装的车载柜体主要有:机车领域的牵引车载柜体、辅助车载柜体、硅机组、列车供电柜等；动车领域的牵引车载柜体、辅助车载柜体、辅助电源装置、充电机等；城轨领域的牵引逆变器、高压电器箱、制动电阻、辅助电源、扩展供电箱、辅助高压箱等。
[0003]车载柜体的可靠性直接影响列车电子系统的可靠性，进而影响行车安全。在设计完车载柜体的模型后，通常需要对该模型进行有限元分析来获得依据该模型制作出的车载柜体的结构强度和抗疲劳能力。再根据获得的结构强度和抗疲劳能力来评价该车载柜体的可靠性。
[0004]依据现有对车载柜体的有限元分析的方法获得的结论并不太准确，并且对车载柜体的有限元分析的效率低下，严重拖慢车载柜体的设计进度。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是对车载柜体的有限元分析的效率低下，严重拖慢车载柜体的设计进度。
[0006]针对上述技术问题本发明提出了一种对车载柜体进行有限元分析的方法，其包括:将在车载柜体的物理模型中采用螺栓相互连接的骨架和安装器件分割开来；对骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分；将骨架和安装器件拼接起来以重新组装成车载柜体；设置边界条件和载荷以建立有限元分析模型，求解有限元分析模型。
[0007]在一个具体的实施例中，在车载柜体的物理模型中分割出骨架后，还将骨架分割成多个部分，然后对骨架的各个部分分别进行几何清理和网格划分。
[0008]在一个具体的实施例中，在对骨架进行分割时，骨架上的分割面不经过各个连接处。
[0009]在一个具体的实施例中，在骨架上的分割面不经过以铆钉的轴线为轴线、直径为两倍于铆钉直径的圆柱区域。
[0010]在一个具体的实施例中，在骨架上的分割面不经过以螺钉的轴线为轴线、直径为两倍于螺钉直径的圆柱区域。
[0011]在一个具体的实施例中，骨架的其中一个连接处采用分段焊接，分割面从其中相邻两段焊缝之间的缝隙穿过。
[0012]在一个具体的实施例中，分割面从缝隙的中部穿过。
[0013]在一个具体的实施例中，网格划分后，靠近连接处附近区域的网格密度大于远离连接处区域的网格密度。
[0014]在一个具体的实施例中，重新组装成车载柜体时，在骨架和安装器件的连接处创建螺栓。
[0015]在一个具体的实施例中，求解有限元分析模型包括对有限元分析模进行静力分析、模态分析、瞬态动力学分析和/或随机振动疲劳分析。
[0016]先将车载柜体的物理模型先拆分成骨架和安装器件，然后对骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分，最后将骨架和安装器件重新组成形成车载柜体。将骨架和安装器件分别进行几何清理和网格划分可以极大减小该步骤对计算机资源的占用，减小了技术人员在众多元件中划分网格的难度，大大提高了车载柜体有限元分析的效率。同时，由于车载柜体的物理模型被拆分成多个部分，可以让多个技术人员同时进行网格划分来缩短网格划分的时间。
【附图说明】
[0017]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0018]图1显示了本发明的实施例中的对车载柜体进行有限元分析的方法的流程。
[0019]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0021]图1显示了在实施例中的对车载柜体进行有限元分析的方法的流程。在本实施例中，本方法基于HyperMesh实施。该对车载柜体进行有限元分析的方法包括以下步骤:
[0022]SlO:将在车载柜体的物理模型中仅采用螺栓相互连接的骨架和安装器件分割开来。
[0023]车载柜体通常包括骨架、螺栓、安装器件和门组件。骨架在车载柜体中起支承作用。螺栓将安装器件固定在骨架上。骨架为箱壳式结构，通常由钣金件组成。骨架包括多根横梁、多根立柱和多块箱板。多根横梁和多根立柱搭建成框架结构，箱板从外侧覆盖在相邻的两根横梁和/或相邻的两根立柱之间形成骨架的侧壁。优选地，框架结构为大致为立方体边框结构。骨架的各个部分一般采用焊接或铆接连接在一起。例如，横梁和立柱采用类似于角钢或槽钢的长条结构，箱板为平板。横梁和立柱之间的连接采用焊接，箱板与横梁或立柱之间的连接采用铆接。门组件通过门锁、螺栓固定在骨架上。安装器件为与骨架之间采用螺栓连接的器件。安装器件可以是变压器、电抗器、逆变器模块、变流器模块、滤波器、EMI滤波器、电流传感器、风冷风扇、电容、接触器、电压传感器中的一种或多种。
[0024]S20:将骨架分割成多个部分，骨架上的分割面不经过各个连接处。
[0025]连接处为车载柜体中的两个元件之间进行相互焊接、铆接或螺栓连接的位置。为减少焊接变形，车载柜体上的焊接通常为分段焊接，分割面可以从相邻两段焊缝之间穿过。优选地，分割面从相邻两段焊缝之间的缝隙的中部穿过。分割面通常需要远离铆接和螺栓连接的位置，优选地，在骨架上分割面不切过以铆钉的轴线为轴线、直径为两倍于铆钉直径且贯穿骨架的圆柱区域。优选地，在骨架上分割面不切过以螺钉的轴线为轴线、直径为两倍于螺钉直径且贯穿骨架的圆柱区域。由于分布于弹性体上一小块面积(或体积)内的载荷所引起的物体中的应力，在离载荷作用区稍远的地方，基本上只同载荷的合力和合力矩有关，载荷的具体分布只影响载荷作用区附近的应力分布，由此，这样分割不会影响有限元分析的结果。优选地，沿骨架的长度方向将骨架等分成两个部分。
[0026]步骤SlO和步骤S20还可以采用有限元分析的前处理软件实施。有限元前处理软件可以是ANSA、MSC.PATRAN或Abaqus CAE。步骤SlO和步骤S20也可以采用该三维设计软件实施。该三维设计软件可以是Pro/E或CATIA。
[0027]S30:将骨架的每一部分作为一组待处理模型，全部安装器件单独为一组待处理模型。对每一组待处理模型分别进行几何清理和网格划分。
[0028]在对每组待处理模型几何清理的过程中，删除对结构分析只产生局部较小影响的细节特征。例如，删除低应力区的倒角、圆角和局部小孔等特征。进行几何清理可以有效地创建大的几何面，有利于在后续步骤中提高网格划分的质量。高应力区的细节特征则不能被删除，例如在连接处或连接处附近的倒角、圆角特征，这部分细节特征对计算结果影响较大。采用焊接连接的两个部件，焊缝可以采用刚性连接来模拟，例如板与板之间的节点融入口 ο
[0029]对各组待处理模型进行网格划分，即将各组待处理模型的几何模型和物理性质设置成求解域，求解域离散化在求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域。具体为，将每组待处理模型的几何模型划分成多个三维单位(网格)，同时设置该几何模型的物理性质。相邻的三维单元之间采用有限个节点连接。三维单元可以是六面体单元(四边形网格)和/或四面体单元(三角形网格)。通常三维单元越小(网格越细)则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确。优选地，靠近连接处附近区域的网格密度大于远离连接处区域的网格密度。这样，后续计算中既可以精确显