网格质量是整车碰撞仿真的基石,在整车碰撞仿真分析中,网格质量是确保仿真结果准确性、计算效率和收敛性的关键因素,网格质量规范可以确保计算结果精度较高,同时影响计算的效率和稳定性。高质量网格需平衡精度与效率,同时结合具体工况(如高速碰撞vs低速挤压)调整网格质量标准。
1、模型建立流程
碰撞仿真模型的有限元建模有以下步骤:
Step1: 导入CAD数据并进行几何清理。
Step2:自动进行网格划分,部分区域要求手动网格划分。
Step3:检查单元质量并修改。
Step4:给零部件赋予材料和属性。
Step5:连接部件建模。
Step6:组装子系统。
Step7:定义接触。
Step8:加载边界条件。
Step9:模型检查。
2、网格划分要求
网格划分要求:
对薄壁制件采用中间平面建立板壳单元网恪模型,避免初始穿透。
Shell单元至少两排以上,solid单元至少3排以上。
保留主要特征线,网格要与几何保持良好的贴合
焊接边至少要分两排以上的网格单元,单元与边缘平直.
关键区域单元应尽可能规则并细化,在粗细网格之间应有过渡单元。
避免集中出现翘曲单元和三角形单元的区域。
对于横跨纵向中心血的部件,用纵向中心血把它分割为两部分。
对称部件、对称结构要求对称网格。
映射网格(Mapped Mesh)需满足如下基本要求;纵向网格线要与纵向中心线平行,横向网格线与纵向中心线垂直(不包含过渡区以及局部区)。纵梁、碰撞吸能盒、车架等在碰撞中是关键部件,要保证其单元平行以及相邻件的单元匹配。
普通网格 映射网格
单元尺寸均匀、统一对提高CAE建模效率有很大帮助,同时对求解计算过程中各零件之间的接触识别有帮助。单元尺寸不均匀,从大单元到小单元的过渡不可避免地会出现很多三角形单元,而三角形单元的数量是有限元建模过程中需要尽可能地控制的;当两个相互靠近的零件需要进行接触识别以防止相互穿透发生时,如果这两个零件的单元尺寸相差过大则会增加相互识别的难度。
在进行碰撞分析建模规划时,单元尺寸的确定要综合考虑计算资源、人力资源和计算精度的平衡。以往由于受计算机能力的限制,通常按不同的碰撞类别将整车划分成几个区域,分别采用不同的网格尺寸。
主要变形区网格尺寸:10mmX10mm
过渡变形区网格尺寸:20mmX20mm
非变形区网格尺寸:40mmX 40mm
随着计算机运算能力的不断提高,现在普遍将整车按相同的尺寸划分网格,可用于不同的碰撞分析,节点数可达数百万,从而大大减轻了建模工作量并提高了有限元模型的质量。
对于前纵梁前端、后纵梁后端、车架两端约300mm范围内、碰撞吸能盒要求单元基本尺寸为5mm×5mm。对于车顶,开启件外板等覆盖件要求单元基本尺寸为20mm×20mm。
基准网格尺寸:
CAE分析流程在划分网格之后再进行单元质量检查,单元质量检查依据单元质量标准。但是由于用户在划分网格之前就需要明确单元质量标准才能做到有的放矢,划分网格过程中还需要适时对照单元质量标准进行检查以便及时修正单元质量。
碰撞分析模型的单元要满足如下质量标准:
翘曲度(Warpage):15°
长宽比(Aspect Ratio):5
扭曲角度(Skew Angle):10°
四边形内角(AngleQuad): 40°~135°
三角形内角(Angle Tria):25°~120°
雅克比(Jacobian ):0.6
单元质量检查标准:
1、孔网格划分要求
基本原则:
① 孔直径小于6mm的孔可忽略掉,将此孔填满。
② 孔直径大于等于6mm的孔须保留。
简化原则:
① 孔直径>45的孔,周围网格采用标准尺寸进行划分。
② 45>孔直径>6,孔的形状按以下要求进行简化处理。
不同孔处理规则:
① 螺栓孔:对于动力总成悬置安装孔、传动系安装孔、悬架安装孔、副车架安装孔、转向系安装孔、铰链安装孔、座椅安装孔、安全带固定孔、燃油箱安装孔等主要受力孔,外圈直径大小与垫片的直径相同。
螺栓孔
② 椭圆孔:直径B在7~20mm之间,构建两个网格单元;直径B小于7mm则用一个网格单元模拟。
③ 普通圆孔:如用于布置线束的孔、工艺孔、车身减重孔以及定位孔,处理规则如下。
④ 其他孔:螺钉孔、铆钉孔、寒焊孔等全部忽略,线卡孔,将孔洞去除,在孔心处布置单元节点。
2、加强筋网格划分要求
关键区域的筋全部保留。
对于小的加强筋,按最小网格尺寸进行划分网格。
筋的扩展斜面必须流畅。
3、倒角网格划分要求
对于尺寸≥8mm的圆角/倒角,必须生成两排网格单元。
对于尺寸≤8mm的圆角/倒角,只需生成一排网格单元即可。
如果圆角/倒角长度小于4mm,必须将倒角长度延长到4mm,如下。
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