抗凹
關(guān)注創(chuàng)建者：CAE追夢者 創(chuàng)建時間：2020-10-06
抗凹的視頻教程
ANSA二次開發(fā)工程實例應(yīng)用12講（抗凹插件前后處理開發(fā)）
本課程通過一個工程應(yīng)用實例—外覆蓋件抗凹分析來帶大家練習(xí)ANSA二次開發(fā)中的知識點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)課程你能夠得到： ANSA二次開發(fā)API應(yīng)用講解 抗凹仿真流程及方法 如何利用Ansa二次開發(fā)快速完成抗凹仿真分析建模及后處理(效率提升95%以上) ANSA二次開發(fā)在工程應(yīng)用中的開發(fā)思路 全部12講課件 VIP課程答疑群
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基于ANSA的翼子板抗凹分析
應(yīng)用ANSA進(jìn)行翼子板抗凹分析前處理操作，講解的同時進(jìn)行操作，保證看完視頻后，能夠獨(dú)立在ansa中開展抗凹分析的前處理工作。
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翼子板抗凹分析實例操作
翼子板抗凹分析是各大主機(jī)廠的必要考察項目，不同主機(jī)廠建模要求和評價指標(biāo)略有差異，本實例以某款車型的翼子板為例，講述其抗凹分析。 建模要點(diǎn)： 1、接觸的建立，主從面的選擇，實體零部件中接觸面的選擇； 2、加載、卸載過程的建立； 3、變形及殘余變形的查看要點(diǎn)；
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抗凹的實例教程
摘要：車門抗凹陷性能非常重要。本文對汽車中門抗凹分析中確定抗凹點(diǎn)位置的三種方法（加載均布壓強(qiáng)、加載重力場、模態(tài)分析）進(jìn)行研究，結(jié)果表明加載均布壓強(qiáng)的方式最好，能準(zhǔn)確、完整地反映抗凹分析中車門外板剛度薄弱位置，為后續(xù)車型開發(fā)中抗凹性選點(diǎn)提供參考。
關(guān)鍵詞：HyperMesh， 抗凹分析
1 引言
抗凹陷能力是衡量汽車外覆蓋件表面質(zhì)量和使用性能的重要指標(biāo)之一。目前汽車的輕量化和節(jié)能是現(xiàn)代汽車工業(yè)的主流。因此厚度薄，質(zhì)量輕的高強(qiáng)度鋼板被廣泛應(yīng)用于汽車外覆蓋件。而車門外板剛性嚴(yán)重影響用戶對整車品質(zhì)的感知度，所以需要對外覆蓋件進(jìn)行抗凹分析。目前抗凹分析過程中確定抗凹分析點(diǎn)位置的方式有很多種，為保證分析的準(zhǔn)確性以及完整性需要對選點(diǎn)方式進(jìn)行研究。本文以中門外板為對象，對比三種不同選點(diǎn)方式的優(yōu)略。
2 建模
首先根據(jù)設(shè)計部門提供的幾何，使用HyperMesh軟件對中門（包括內(nèi)板、外板、加強(qiáng)件和鉸鏈）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，中門網(wǎng)格由殼單元組成，鉸鏈亦劃分為殼單元。網(wǎng)格劃分后賦予各組件對應(yīng)的材料和屬性。其次，根據(jù)設(shè)計要求，用HyperMesh中自帶的connector及其它一維單元對模型進(jìn)行連接，建立相應(yīng)的約束和載荷，最后求解計算、后處理。此次分析模型如圖1所示。Y向為車身長度方向，X向為車身寬度方向。
3 選取車門抗凹點(diǎn)的三種方式
車門抗凹性分析中需先確定門外板抗凹點(diǎn)位置。目前已知的抗凹點(diǎn)選取方式有三種：1、通過在車門外板加載均布壓強(qiáng)確定。2、通過對車門整個模型加載重力場確定。3、通過模態(tài)分析確定。本文以汽車中門為對象對三種不同的抗凹點(diǎn)選取方式進(jìn)行研究。
3.1 方法一：均布壓強(qiáng)法
第一種方法采用加載均布壓強(qiáng)。
展開 摘 要：車門外板的抗凹性能是車身性能的重要評價指標(biāo)之一，抗凹性能不足會降低產(chǎn)品的品質(zhì)形象，影響客戶的主觀感受。為解決這一技術(shù)問題，文章采用HyperMesh對車門外板抗凹性能進(jìn)行模擬，通過改變外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)和增加補(bǔ)強(qiáng)膠片對不合格壓點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，并針對優(yōu)化方案進(jìn)行試驗驗證，試驗結(jié)果表明，仿真優(yōu)化方案的有效性，為車門外板結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠依據(jù)。
關(guān)鍵詞：車門外板;HyperMesh;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;抗凹性能;
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家政策導(dǎo)向及用戶需求的不斷提升，汽車的性能越來越受到廣大用戶的關(guān)注[1]。其中車門既是整車外覆蓋件的重要組成部分，又是一個相對獨(dú)立的總成，通常由車門外板、車門內(nèi)板、加強(qiáng)版、門鎖等一系列零部件焊接而成，其性能的好壞，對車內(nèi)乘員的安全性及舒適性有較大的影響，并且直接關(guān)系到用戶對車輛的評價。
車門抗凹性，反映的是外板在受到外部載荷時，抵抗局部凹陷、變形的能力，是用戶主觀評價的重要因素[2]，其性能的優(yōu)劣，會對車輛在高速行駛過程中的抖動有一定的影響。針對其抗凹性能的評估，行業(yè)內(nèi)普遍做法是考察加載點(diǎn)的變形量、是否存在油罐現(xiàn)象，以及殘余變形量是否符合設(shè)定的目標(biāo)值，且為了增加車門外板的剛度，通常會在內(nèi)外板之間增加支架，增加板材料厚，優(yōu)化板材結(jié)構(gòu)或者在外板內(nèi)側(cè)增加補(bǔ)強(qiáng)膠片，來使其滿足設(shè)計要求。在設(shè)計與實驗時，車門的抗凹性能通常是以某載荷作用下，加載點(diǎn)產(chǎn)生的位移來作為檢驗的依據(jù)。因此，本文主要針對我司某款后車門某壓點(diǎn)位移不達(dá)標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行實驗驗證。以此來提高車門外板的抗凹能力，并為同行業(yè)工程師提供相關(guān)問題的解決思路。
1 數(shù)值模型建立
1.1 模型建立
通過三維建模軟件將車門總稱導(dǎo)出為.stp等HyperMesh可識別的文件，并導(dǎo)入HyperMesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分前的幾何清理。
展開 抗凹性能的數(shù)值分析
模型建立完成后，使用Hypernesh軟件中的Abaqus板塊進(jìn)行處理，先建立覆蓋件和壓頭的接觸面，然后進(jìn)行工況設(shè)置：Step1為加載150N的壓力，Step2為加載400N的壓力，Step3為卸載。利用Abaqus求解器分別對沖壓前后兩種情況特性曲線下的前門外板、發(fā)動機(jī)艙蓋和后背門外板進(jìn)行抗凹計算求解，結(jié)果如表2所示。
通過對比三種材料沖壓前后的抗凹性能計算結(jié)果，可以得出：通過沖壓工藝后，覆蓋件的抗凹剛度、加載位移基本是沒有改變的，但是殘余位移明顯降低。
結(jié)論
通過對沖壓前后覆蓋件的材料進(jìn)行靜態(tài)拉伸試驗，得到其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，基于數(shù)值模擬法，對某車型前門外板、發(fā)動機(jī)艙蓋和后背門外板進(jìn)行計算分析，得到加載力-位移曲線，從沖壓前后對比結(jié)果中可以得出，沖壓工藝對材料的抗凹剛度和抗凹穩(wěn)定性基本上沒有影響，對局部凹痕抗力影響還是很大的，這為抗凹殘余位移目標(biāo)值的設(shè)定提供了參考。
展開 本節(jié)詳細(xì)內(nèi)容出自《轎車發(fā)動機(jī)蓋抗凹性分析》-肖介平等。
加載位移曲線
400N的力垂直作用，上圖抗凹性評判標(biāo)準(zhǔn)出自張建偉的《汽車發(fā)動機(jī)蓋抗凹性的研究與應(yīng)用》。
建議車身覆蓋件抗凹剛度
的檢驗要求是： 在 200N 載荷作用下的凹陷位移不超過
6.5mm 為合格。——出自韋勇等《基于ABAQUS 的汽車覆蓋件抗凹性分析》。
對于抗凹性能的檢驗尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 。 比如 ， 福特汽車公司 設(shè)計部 門的車身外覆蓋件檢驗要求是 ： 在施加 90N集中力作用下外板的位移不超過3mm為合格 。——出自王力《基于ABAQUS的汽車塑料翼子板抗凹性分析》。
分析開始時，將壓頭調(diào)整到與外邊面之間較小距離的位置，便于快速建立接觸關(guān)系，根據(jù)工程經(jīng)驗此距離通常為0.5mm。
對于每個考察點(diǎn)的分析均采用兩個分析步：第一步，在壓頭上施加大小為1N的載荷，使壓頭與翼子板外表面之間建立接觸關(guān)系；第二步，施加大小為199N載荷，定義加載曲線為三角波，載荷由1N逐漸增大到199N，然后卸載。——出自王力《基于ABAQUS的汽車塑料翼子板抗凹性分析》
展開 李東升等研究了汽車金屬覆蓋件的抗凹性指標(biāo)的基本理論，認(rèn)為抗凹剛度K是評價抗凹性的主要指標(biāo)。但是，論文中沒有提到外板抗凹時可能發(fā)生“屈曲”的特征。刑志遠(yuǎn)研究了汽車引擎蓋的抗凹剛度；趙世宜等研究了貨車車門外板的抗凹性；黃湛等研究了微型客車覆蓋件的抗凹性。這些研究都是基于金屬鈑金件外板的抗凹分析，關(guān)于塑料件的抗凹性并沒有涉及。
本文采用ABAQUS隱式分析模塊.建立某B級轎車塑料翼子板的有限元模型，分析其抗凹性，為塑料翼子板的性能開發(fā)提供參考。
1 抗凹性基本理論
車身外覆蓋件屬于雙曲度扁殼類結(jié)構(gòu)。汽車翼子板由多個安裝點(diǎn)固定于車身，其抗凹性問題屬于扁殼受橫向載荷的變形及穩(wěn)定性問題。根據(jù)板殼理論，雙曲度扁殼在承受外載荷為q時，取局部微曲面，有下列基本微分方程：
為所考察微面附近曲率。
仿照彈性力學(xué)中求解平面問題的方法，通過應(yīng)力函數(shù)φ（x，y）表示的所考察微面的薄膜內(nèi)力關(guān)系式為：
微面內(nèi)的彎曲內(nèi)力可由下式求得：
由基本微分方程組（1）解得應(yīng)力函數(shù)φ（x，y）和位移函數(shù)∞（x，y），然后代入到方程組（2）和（3），即可由ψ（x，y）求解薄膜內(nèi)力，由∞（x，y）求解彎曲內(nèi)力。
2 抗凹性評價方法
2.1 線性指標(biāo)
當(dāng)車身外板承受較小載荷時，其發(fā)生凹陷位移∞和外載荷q之間存在線性關(guān)系，此時將外板抵抗凹陷撓曲變形的能力稱之為抗凹剛度。如圖1所示，是某轎車翼子板抗凹試驗曲線，從圖中可看出，在施加外載荷小于100N時，載荷一位移曲線基本上是線性的。在線性范圍內(nèi)，當(dāng)外載荷撤銷時，車身覆蓋件外板恢復(fù)為初始狀態(tài)。抗凹剛度是反映翼子板性能的重要指標(biāo)之一。
在設(shè)計和生產(chǎn)實踐中，對于靜態(tài)指標(biāo)的評價，通常是通過在外板施加一個特定的載荷，然后測試對應(yīng)的位移來考察。
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抗凹的最新內(nèi)容
我們跟客戶一起做了不少對比，比如：
機(jī)艙蓋抗凹；
拖車鉤強(qiáng)度；
千斤頂加載點(diǎn)剛度；
車門外擺抗凹回彈性能等。
這些工況下，OptiStruct 和行業(yè)主流工具的結(jié)果非常接近，通常變形和應(yīng)力范圍誤差在 5% 以內(nèi)，有的場景只有 1%~2%。比如拖車鉤安裝支架強(qiáng)度分析，可以看到結(jié)果分別是 457和 459，基本處于一致范圍。
我們跟客戶一起做了不少對比，比如：
機(jī)艙蓋抗凹；
拖車鉤強(qiáng)度；
千斤頂加載點(diǎn)剛度；
車門外擺抗凹回彈性能等。
這些工況下，OptiStruct 和行業(yè)主流工具的結(jié)果非常接近，通常變形和應(yīng)力范圍誤差在 5% 以內(nèi)，有的場景只有 1%~2%。比如拖車鉤安裝支架強(qiáng)度分析，可以看到結(jié)果分別是 457和 459，基本處于一致范圍。
備注：本文只展示了塑料尾門模態(tài)分析過程，仿真分析同步是分析了其他工況的，比如表面抗凹、整體剛度（彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度）、熱變形、頂起量、安裝點(diǎn)剛度、蠕變、猛關(guān)、開閉耐久等，且這些工況均滿足目標(biāo)要求，最終尺寸優(yōu)化后的數(shù)據(jù)也是進(jìn)行仿真驗算了所有工況的，且全部合格。
3-零件的表面硬度、抗凹性和剛度都比較好；
4-對于汽車沖壓件來說，可以得到超高強(qiáng)度的車身零件，從而能夠壓薄零件厚度，減少車身加強(qiáng)板的數(shù)量，提高車身的碰撞性能，實現(xiàn)車身的有效減重。這就使得汽車行業(yè)普遍采用熱成形技術(shù)。
上述這些優(yōu)點(diǎn)不足以說明熱沖壓就沒有缺點(diǎn)。
摘 要：車門外板的抗凹性能是車身性能的重要評價指標(biāo)之一，抗凹性能不足會降低產(chǎn)品的品質(zhì)形象，影響客戶的主觀感受。為解決這一技術(shù)問題，文章采用HyperMesh對車門外板抗凹性能進(jìn)行模擬，通過改變外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)和增加補(bǔ)強(qiáng)膠片對不合格壓點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，并針對優(yōu)化方案進(jìn)行試驗驗證，試驗結(jié)果表明，仿真優(yōu)化方案的有效性，為車門外板結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠依據(jù)。
通過OptiStruct求解可得，鋼制發(fā)動機(jī)罩的抗凹性位移為2.60mm，經(jīng)計算抗凹性剛度為57.47N/mm，滿足設(shè)計要求。
3.1.2局部受壓剛度工況
與抗凹性工況約束相同，對發(fā)動機(jī)罩正面施加合力為500N的均布載荷，如圖10所示。
正因為如此，LS-DYNA 被汽車行業(yè)廣泛的采用，成為汽車碰撞領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)解決方案，為用戶提供車身耐撞性和強(qiáng)度、乘員保護(hù)、約束系統(tǒng)、行人保護(hù)以及整車電安全的全方位解決方案，包括但不限于：
? 車身耐撞性和強(qiáng)度
‐ 碰撞分析
‐ 頂蓋靜壓分析
‐ 安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度
‐ ISOFIX 強(qiáng)度
‐ 車門強(qiáng)度
‐ 車頂抗凹
本案例利用Hyperworks進(jìn)行翼子板前處理,對某車型翼子板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和屬性定義,加載、約束及接觸創(chuàng)建等，并利用Abaqus進(jìn)行翼子板抗凹性有限元分析計算。
與上一個案例《基于hyperworks+ABAQUS翼子板抗凹簡易模擬-02》不同的是本節(jié)案例的壓頭建立的是剛性體,且采用另外一種方法創(chuàng)建。
王超［2］在研究現(xiàn)有操作方法的基礎(chǔ)上開發(fā)了前門下垂剛度、自由模態(tài)等自動分析系統(tǒng)，在某微型車上進(jìn)行了校核；蘇占龍等［3］設(shè)計了一套完全流程自動化的鈑金件抗凹性分析前處理平臺，將分析效率提高了92.8%；丁濤等［4］編寫了客車側(cè)翻分析的自動化流程工具，通過對比6名員工的手動操作時間，證明使用流程自動化方法可將分析時間減少62.23%～73.38%；張世友［5］開發(fā)了懸架零部件的CAE自動分析系統(tǒng)，涉及幾何清理
汽車外覆蓋件的抗凹性直接影響著整車的外觀品質(zhì)。通常采用指壓和罐壓兩種工況進(jìn)行抗凹性分析。在Hyperworks/optistruct中進(jìn)行前處理，準(zhǔn)靜態(tài)非線性分析。分析外覆蓋件局部區(qū)域受外力作用下的彈性恢復(fù)性能，及外力卸載后的殘余變形。
采用殼單元，基本網(wǎng)格尺寸10mm，受壓部位局部網(wǎng)格尺寸2mm，并保證網(wǎng)格質(zhì)量。
