ATC报告-基于Hypermesh二次开发实现汽车结构分析自动化-长安汽车-王朋波

基于Hypermesh二次开发实现汽车结构分析自动化王朋波重庆长安汽车股份有限公司内容提要背景关于建模效率提升关于材料数据库关于常规分析项的自动化几点感想背景长安北京院CAE团队组建于2011年春，共20人涵盖强度耐久、NVH、CFD、行驶性能四个领域。Hypermesh二次开发自2012年初开始，目前已完成50余项开发。二十余项常规分析项实现自动化。DescriptionofthecontentsDescriptionofthecontents20112012同时承担5-6个整车开发项目，任务繁重。人员来自多个单位，思路和方法不统一。磨合时间短，知识传递和共享程度不够。有限元建模效率提升一倍以上。每轮整车分析所需工时缩短40%关于建模效率提升根据焊点catia文件自动生成焊点connector并连接相应组件。检查connector是否与几何点匹配，清理重复的焊点一键显示组件多项信息。自动统一组件ID、属性ID和零件号。清理分析设置仅保留基本模型信息。提升建模效率开发十余种工具程序减少人为错误自动读取bom表中的材料和厚度写入组件命名。根据组件命名批量赋单元特性和材料。按照预设的参数自动进行几何清理和网格划分，并完成一些后期处理。示例1-Batchmesh工具关于建模效率提升直接用Batchmesher模块进行网格自动划分，用户需进行以下操作1.从总成模型中提取需划分网格的部件，存为独立的几何文件2.进入batchmesher界面，设定相关参数3.batchmesher模块完成自动网格划分4.将完成网格划分的部件导入原总成模型5.重置装配层级关系开发目标用户只需选定需要划分网格的comp,即能自动完成上述各项操作关于建模效率提升Batchmesh工具工作步骤所有工作均在hypermesh主界面下完成。模型能够保持原有的装配层级关系。针对Nastran、Abaqus和Dyna分别开发相应的TCL程序。涵盖钣金件、实体件、焊点、焊缝、粘胶、包边、螺栓等多种类型。赋材料时首先搜索模型中已创建材料，如无同名材料，则创建新材料。如果comp命名中某些字段缺失，则在comp命名中加标记示警。能够自动区分壳单元comp和实体单元comp，分别采用不同的命名格式。允许bom表中存在空行。如果多个comp共用一个零件号，添加_01/_02/_03/…后缀以区分。如果bom表中缺少某个数据，则在comp命名中加标记示警。工具1：读取bom表的料厚和材料信息，在comp命名体现工具2：根据comp命名，批量赋材料和厚度示例2-读取BOM表信息自动为组件赋材料和厚度关于建模效率提升关于建模效率提升工具1工作步骤关于建模效率提升前缀Comp类型单元类型Prop类型N钣金件壳单元PshellS实体件实体单元PsolidSPOT焊点ACMPsolidBOLT螺栓rbe2+bar+rbe2PbarHEM包边壳单元PshellMIG焊缝rbe3+hex+rbe3PsolidGLUE粘胶rbe2+hex+rbe3Psolid工具2工作步骤关于材料数据库现实问题Abaqus/Nastran材料库自动生成工具弹塑性曲线拟合方案建立常用材料基础数据表，包含杨氏模量、泊松比屈服极限、抗拉极限、断后延伸率等信息。提出四点拟合方案，根据屈服极限、抗拉极限和延伸率等拟合形成弹塑性曲线。根据简单的用户指令，以材料参数表为输入，在HyperMesh环境中自动生成可直接用于Abaqus/Nastran计算的材料数据卡片。常用材料性能参数表解决思路

对于大部分材料，仅有屈服强度、抗拉强度等基本参数，缺乏应力应变曲线。

Abaqus/Nastran材料卡片需逐个手工输入数据，费时费力，且易出错。关于材料数据库材料自动生成工具工作步骤程序能自动判断当前模板是Nastran还是Abaqus。生成弹塑性曲线时，首先读取表格中的试验数据，如果缺少则采用四点拟合方案。关于常规分析项的自动化非线性分析刚度分析NVH分析车门自重下掉分析安装点刚度分析TB车身噪声传函分析车轮动态弯曲强度分析白车身弯曲扭转刚度分析TB车身振动传函分析稳定杆强度分析白车身开口扭转变形量分析接附点原点动刚度分析车门铰链强度分析料厚灵敏度分析轮胎不平衡分析车门垂向刚度分析车门窗框侧向刚度分析怠速/加速激励振动分析外覆盖件抗凹性分析车身和闭合件模态分析怠速/加速激励噪声分析提升效率规范操作实现经验知识固化和传递二十余项分析实现自动化建立对问题迅速反应能力关于常规分析项的自动化示例1-抗凹分析自动化工具参数值的设置尚无统一规定。通常需对参数反复调整才能收敛。不同的参数值对结果有较大影响。通常需要2~3次试算。每项分析需要4h~20h。缺点考察点选取不准操作复杂一般采用均布压强或重力场法筛选考察点。通常不能准确找到最薄弱的点。对压头模型、接触对、载荷步进行几十步操作并设置二十多个参数。操作难以规范化，易出错。参数无法固化费时较长FILLETRADIUSADJUSTNothicknessSmallslidingTYPE=SURFACETOSURFACEInitialincrementTimeperiodMinimumincrementMaximumincrementNLGEOM=YESSTABILIZEANALYSIS=DISCONTINUOUSAUTOMATICTOLERANCESSTATIC,STABILIZEOUTPUT,FIELD实际刚性最小位置均布压强分析选出的考察点参数设置传统分析方法关于常规分析项的自动化示例1-抗凹分析自动化工具参数设置模板化采用单点加力方案，选上百个点，分别施加法向集中力，建立载荷步进行Abaqus线性扰动分析。根据分析得到的法向位移结果确定薄弱点。总结多个项目的经验，确定一套通用性好的Abaqus分析参数，对于大多数情况均能保证计算收敛性和精度。工具程序能根据简单的用户指令，严格依照分析规范，在HyperMesh环境中自动完成预分析和抗凹性分析的各种操作，生成可直接提交求解的文件。抗凹性分析自动化工具开发思路确定选择考察点的有效方案操作自动化和规范化关于常规分析项的自动化示例1-抗凹分析自动化工具在选取的多个点上进行线性扰动分析设置，用于查找薄弱点自动删除Pre_Calc设置在考察点处进行抗凹分析所需的全部设置（12mm刚性压头和120mm压头）Head_120mm自动删除抗凹分析各种设置预分析操作演示抗凹分析操作演示Head_12mmPre_UNDOPre_CalcHead_UNDO在用户页面设置5个宏按钮关于常规分析项的自动化示例1-抗凹分析自动化工具传统抗凹分析方法抗凹分析自动化工具通常不能准确找到薄弱点。考察点选取操作复杂度计算精度所费工时需进行几十步操作，设置接近二十个参数，易出错。参数设置难以统一，不同的参数对结果影响较大，且经常不收敛。通常需要2~3次试算，需花费工时2h~10h。准确找到外板中全部刚性较低的点。鼠标仅需点击数次，即可严格按照规范完成全部操作设置。固化了根据经验总结出的参数设置，精度和收敛性好，也利于不同车型之间的结果对比。三分钟之内(不含计算机求解时间）。方法对比关于常规分析项的自动化示例2-安装点刚度分析自动化工具传统分析方法：每个车身需分析约60个安装点，对每个点需进行以下操作：安装孔中心建立局部坐标系将局部坐标系赋给孔中心节点新建一loadcollector并在孔中心加法向力为loadstep设置结果输出选项新建一loadstep并设定载荷约束关于常规分析项的自动化示例2-安装点刚度分析自动化工具提示用户选择安装孔rbe2(每个安装孔需预先建立一rbe2)。为每个安装孔建立局部坐标系，并assign给孔中心点。为每个安装孔创建一个loadcolletor用于设置载荷，并在孔中心点施加集中力。为每个安装孔创建一个loadstep，选定载荷和约束，并设置位移应力输出选项。完成SOL\Param等卡片设置创建一个loadcolletor以设置约束条件(所有安装点共用)在相应位置自动施加约束（约束点需预先设为指定的节点号）安装点刚度分析自动化工具开发思路工具1：常规设置工具2：操作多个安装点关于常规分析项的自动化示例2-安装点刚度分析自动化工具程序能根据RBE2自动确定法方向和中心节点几点感想TCL语言+Hypermesh平台开发方案的优点：易上手：无编程经验者学习十几个学时即可入门。投入低：完成一项开发调试仅需数个小时至数个工作日。效果好：工作效率提升明显，且大幅减少人为错误发生机率。工具程序的用户是有一定经验的CAE专业人员不追求CAE工作的傻瓜化，而是提升专业人员的工作效率和质量。分析