[發(fā)明專利]一種用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010198724.7
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111539135B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭寧昆;王振;徐成民;王朝陽;龔益玲;陳瑜;劉寶剛;李天兵
• 申請（專利權(quán)）人: 上汽大眾汽車有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G06F119/04
• 代理公司: 上海東信專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

本發(fā)明公開了一種用于鈑金連接區(qū)域疲勞壽命預(yù)測的有限元建模方法,其步驟包括：100：對鈑金件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并賦予其材料及厚度屬性；建立鈑金件的連接點(diǎn)，連接點(diǎn)的邊界與鈑金件之間剛性連接，建立Nastran格式的初始有限元模型；200：采用微單元技術(shù)提取連接點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以建立連接區(qū)域的局部超細(xì)化模型，并基于局部超細(xì)化模型進(jìn)行剛度矩陣的計(jì)算；300：提取連接區(qū)域的剛度矩陣；400：將Nastran格式的初始有限元模型改建為Abaqus格式的疲勞計(jì)算模型，更改連接區(qū)域?qū)傩裕瑢⑦B接區(qū)域的剛性連接由步驟300中得到的剛度矩陣替代；500：對Abaqus格式的疲勞計(jì)算模型進(jìn)行疲勞加載，計(jì)算后提取連接區(qū)域周圍單元的最大應(yīng)力值，根據(jù)對應(yīng)的應(yīng)力?壽命曲線獲取連接區(qū)域的疲勞壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有限元建模方法，尤其涉及一種用于疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法。

背景技術(shù)

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的需求量及出口量不斷增加，對于汽車駕駛性能、安全性能的要求也在逐步的完善和提高。汽車企業(yè)在針對當(dāng)前車型進(jìn)行開發(fā)時，不僅需要滿足不同的法規(guī)評價(jià)，還存在一系列的內(nèi)部實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，用于不斷改善車輛的質(zhì)量和乘用體驗(yàn)。

目前，在車輛疲勞工況中，現(xiàn)有的仿真技術(shù)無法準(zhǔn)確的模擬及預(yù)測鈑金連接區(qū)域的疲勞開裂問題，仍然需要進(jìn)行多輪疲勞物理試驗(yàn)。試驗(yàn)的周期單輪需要一個月左右，經(jīng)過上萬次的外力加載，試驗(yàn)不僅周期長，而且耗費(fèi)企業(yè)巨大的開發(fā)費(fèi)用成本。在車輛疲勞現(xiàn)有仿真技術(shù)中，車輛鈑金件在模型建立時簡化為殼單元，連接處使用剛性連接建立，因此無法準(zhǔn)確模擬鈑金連接區(qū)域的受力狀況，如果對整個車輛及所有鈑金連接處使用超細(xì)化模型，整車模型有限元網(wǎng)格數(shù)目因此會增加500～1000倍，雖然能準(zhǔn)確的模擬鈑金及其連接處的受力及失效情況，但是由于整車模型巨大，會導(dǎo)致計(jì)算效率極其低下的問題。

因此，如何通過疲勞仿真分析模擬來高效并準(zhǔn)確模擬鈑金件連接處受力情況及疲勞開裂的風(fēng)險(xiǎn)，減少所需進(jìn)行的整車實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，提高整車開發(fā)流程的效率仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法，該用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法，基于NASTRAN和ABAQUS有限元計(jì)算軟件搭建模型，修正了鈑金連接區(qū)域的剛度矩陣，從而極大程度地提高了模型的運(yùn)算精度，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，非常有利于節(jié)約樣車成本，大大提高了汽車的研發(fā)效率。有效解決了現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確模擬及預(yù)測鈑金件連接區(qū)域疲勞開裂的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法，其包括步驟：

100：對鈑金件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并賦予其材料及厚度屬性；建立鈑金件的連接點(diǎn)，所述連接點(diǎn)的邊界與鈑金件之間剛性連接，建立Nastran格式的初始有限元模型；

200：采用微單元技術(shù)提取所述連接點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以建立連接區(qū)域的局部超細(xì)化模型，并基于局部超細(xì)化模型進(jìn)行剛度矩陣的計(jì)算；

300：提取連接區(qū)域的剛度矩陣；

400：將所述Nastran格式的初始有限元模型改建為Abaqus格式的疲勞計(jì)算模型，更改連接區(qū)域?qū)傩裕瑢⑦B接區(qū)域的剛性連接由步驟300中得到的所述剛度矩陣替代；

500：對所述Abaqus格式的疲勞計(jì)算模型進(jìn)行疲勞加載，計(jì)算后提取連接區(qū)域周圍單元的最大應(yīng)力值，根據(jù)對應(yīng)的應(yīng)力-壽命曲線獲取該連接區(qū)域的疲勞壽命。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法中，在步驟100中，先通過鈑金件的幾何數(shù)據(jù)抽取鈑金件的中性面，再對所述中性面進(jìn)行殼網(wǎng)格劃分。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的用于鈑金連接區(qū)域疲勞開裂預(yù)測的有限元建模方法中，所述連接區(qū)域的連接方式包括下述各項(xiàng)的至少其中之一：焊接連接，鉚接，螺栓連接。