CN104881531B - 一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，属于汽车技术领域。它解决了现有技术中如何稳健、准确的实现冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射问题。本方法包括:A、对需要映射的几何模型进行几何网格划分处理，并保存为具有相同网格的冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型，同时对冲压仿真源模型进行偏移和节点重命名；B、选取一一对应的两组节点号，每组节点号至少为三个特征节点；C、对处理后的冲压仿真源模型进行冲压成型仿真；D、对碰撞仿真源模型进载荷与约束的施加；E、把冲压成型仿真结果模型中带有的冲压成型信息导入到碰撞子结构模型中得到带有冲压成型信息的用于碰撞仿真的模型。该方法更加稳健、准确的实现了冲压信息映射。

Description

一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法。

背景技术

在汽车结构中，大部分的车身结构件和覆盖件都是通过冲压成型得到的，而这些结构件和覆盖件都是车身发生碰撞时的关键吸能部件，对汽车的被动安全性起着至关重要的作用。材料的冲压成型会给材料本身的力学性能和几何形状带来重大影响，如厚度变化、残余应力、塑性应变等。但传统的碰撞仿真中材料参数采用的是理想状态下的，即认为板料本身的厚度以及力学性能都没有发生变化，通过这种方式得到的碰撞仿真结果可能会引起高达20％的计算误差。所以为了更加准确的进行碰撞仿真模拟应该将冲压成型后的诸多变量信息引入到碰撞仿真模型中。由于冲压成型仿真更多的关注较小尺寸的几何特征的成型性，如圆角、小的凸台、凹槽等，这些区域的网格尺寸要求较精细。如果将这些网格直接用于碰撞仿真分析将会带来碰撞模型自由度过多，碰撞仿真计算模型规模大，计算耗时长等问题，不利于汽车的前期开发。

目前常用的冲压成型仿真结果向碰撞模型的映射方法为网格映射法，同济大学2011年第10期公开了由作者余海燕和孙喆做的《从冲压成型到碰撞仿真的数据映射方法研究》。该研究将冲压成型引起的板料厚度改变和等效塑性应变映射到碰撞仿真模型中进行碰撞分析，讨论了碰撞模型网格尺寸对数据映***度的影响。得出尺寸越大映射过程产生的误差也越小。但碰撞模型由大量的小尺寸几何冲压件组成，如果网格尺寸过小则碰撞仿真计算模型规模大，计算耗时长。正常网格映射法中 Autoform在冲压成型计算中采用的是自适应网格划分，自适应三角形网格节点并不能与四边形的碰撞网格节点相对应，致使在Autoform实际的冲压成型信息映射过程中存在冲压信息偏移失真、成型信息映射不完整等情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法。该方法解决了如何稳健、准确的实现Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射。

本发明通过下列技术方案来实现：

一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:

A、对需要映射的几何模型进行几何网格划分处理，并将处理后的几何模型保存为具有相同网格的冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型，同时对冲压仿真源模型进行偏移和节点重命名；这里使得冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型是不同空间方位下的具有相同划分网格的同一个几何模型文件。

B、根据几何模型的几何形状和特点分别在冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型中选取一一对应的两组节点号，每组节点号至少为三个不在同一直线上的特征节点；这里在相同的划分网格下在不同空间位置的相同几何模型中选取到对应的同位置特征节点，即在冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型上选取的特征节点在同一个空间位置和方位上当冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型重叠时是可以相互重合的节点。

C、对处理后的冲压仿真源模型进行几何模型冲压成型仿真计算分析形成带有冲压成型信息的冲压仿真结果模型；作为冲压成型信息到碰撞仿真模型映射的源文件

D、对碰撞仿真源模型进载荷与约束的施加设置形成碰撞子结构模型；作为冲压成型信息到实际碰撞仿真模型映射集成对象。

E、将冲压仿真结果模型通过步骤B中对应选取的两组节点号进行节点映射，把冲压仿真结果模型中带有的冲压成型信息导入到步骤D处理过的碰撞子结构模型中得到带有冲压成型信息的用于碰撞仿真的模型。

本方法中从冲压仿真结果模型到碰撞仿真模型的映射过程中选取的对应特征节点部位的网格划分一致性决定了所选取的特征节点局部坐标系的准确性。而特征节点局部坐标系的准确性对仿真计算精度有着重要影响。本申请中在冲压仿真结果模型到碰撞仿真模型的映射前对需要映射的几何模型进行了处理，在相同划分网格下选取了两组对应同位置映射的节点号。增强了所选取的特征节点局部坐标系的准确性。就算冲压成型计算后所选取的节点号不会改变，只需冲压成型前文件相同的碰撞仿真模型和冲压成型后带有冲压成型信息的结果文件一一对应的节点完成映射，该方法更加稳健、准确的实现了Autoform冲压信息映射。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤B中，每组节点号上选取的特征节点囊括整个几何模型的制件结构。为了保证冲压成型信息能够完整的进行映射。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤C中，对冲压成型仿真计算分析中的修边工序进行处理，确定两组节点号的位置进行修边线处理，在冲压方向将节点向外拉伸。保证在切边后产品上有可以拉伸的边界，便于快速捕捉到节点。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤D中，载荷与约束的施加按静力等效原则进行施加。通过对碰撞源模型进行载荷与约束参数设定建立接近该制件在实际使用过程中的结构局部情况，同时考虑了制件应用设备的工作原理和整体布局情况。施加载荷与约束遵循尽量还原了结构在实际中的真实约束和受力情况，在结构的静力分析中载荷与约束的施加方案对计算结果有较大的影响，增加计算结果可信度，使碰撞仿真子结构模型更接近实际应用。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤E中，应用primer软件中的Forming命令界面分别输入步骤B 中选取的两组节点号，进行一一对应映射。primer软件是基于以等级相似性为基础的非参数多元统计技术而开发的大型多元统计软件，primer 软件中的Forming命令只需在参数输入界面输入对应的节点号即能实现两组节点号的对应映射，达到了操作方便的目的。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤A中，冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型保存为两种格式的文件，由Hypermesh软件将冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型分别输出为DYN 格式的文件和K格式的文件。保存成两种通用可相互转化格式的文件是为了方便后续冲压成型仿真计算和碰撞子结构模型的建立，及整个映射过程中所有软件的相互通用。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤B中，冲压仿真源模型的偏移和节点重命名用软件Mesh软件进行实现并再次导出为DYN格式的文件。Mesh软件为三维模型查看工具，能够完成冲压仿真源模型的偏移和节点重命名。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，所述步骤B中，每组节点号为三个特征节点，并在Mesh软件上将选择的节点编号进行记录。这里是方便后面映射过程中节点参数输入的操作。

在上述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中，将映射后的带有冲压成型信息的用于碰撞仿真的模型带入到整车仿真模型中，在运用关键词中输入映射需要的两组节点编号完成运算。在制件子结构模型应用到具体的整车仿真模型中时只需要运用关键词中输入映射需要的两组节点编号进行调用既能实现带有冲压成型信息的碰撞模型在实际仿真模拟中的应用只需调用就能完成仿真计算，可多次反复应用，增加单个制件在设计研发中的仿真应用率从而简化了仿真流程。

与现有技术相比，本Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法中。具有以下优点：

1、本发明通过几何模型处理模块中对网格进行复制偏移，输出网格相同，但空间位置不同的K文件和dyn文件，其中dyn文件用于冲压成型仿真，K文件用于碰撞模型仿真，即在相同划分网格下选取了两组对应同位置映射的节点号。增强了所选取的特征节点局部坐标系的准确性。更加稳健、准确的实现了Autoform冲压信息映射。

2、本发明在冲压仿真工序中采用Autoform修边工序中对制件的特征边界进行处理，选取冲压成型映射所需的至少三个节点，此方法可同时适用两种冲压成型方法的映射，冲压成型方法可以为一步法和增量法。

3、本发明基于Autoform仿真软件Map Results功能，采用的是 Primer软件Forming命令提供的多节点映射法，只需冲压成型前文件和冲压成型后文件的三组对应节点即可完成映射；操作简单，映射稳定、完善。

附图说明

图1是本发明的映射流程图；

图2是本发明的为整车碰撞仿真模型总能量、动能及内能的对比结果示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-2所示，本发明通过下列技术方案来实现：Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法包括如下步骤:

A、对需要映射的几何模型进行几何网格划分处理，并将处理后的几何模型保存为具有相同网格的冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型，同时对冲压仿真源模型进行偏移和节点重命名；使得冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型是不同空间方位下的具有相同划分网格的同一个几何模型文件。

冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型保存为两种格式的文件，由 Hypermesh软件将冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型分别输出为DYN格式的文件和K格式的文件。保存成两种通用可相互转化格式的文件是为了方便后续冲压成型仿真计算和碰撞子结构模型的建立，及整个映射过程中所有软件的相互通用。

B、根据几何模型的几何形状和特点分别在冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型中选取一一对应的两组节点号，每组节点号至少为三个不在同一直线上的特征节点；这里在相同的划分网格下在不同空间位置的相同几何模型中选取到对应的同位置特征节点，即在冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型上选取的特征节点在同一个空间位置和方位上当冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型重叠时是可以相互重合的节点。

每组节点号上选取的特征节点囊括整个几何模型的制件结构。为了保证冲压成型信息能够完整的进行映射。每组节点号为三个特征节点，并在Mesh软件上将选择的节点编号进行记录。这里是方便后面映射过程中节点参数输入的操作。

冲压仿真源模型的偏移和节点重命名用软件Mesh软件进行实现并再次导出为DYN格式的文件。Mesh软件为三维模型查看工具，能够完成冲压仿真源模型的偏移和节点重命名。

K文件是提交给LS-DYNA求解器求解的输入文件，里面包含了模型的单元位置信息、个数信息、载荷信息、边界条件信息、初始信息、接触关系、材料信息、单元算法信息等等，有了这些求解计算所必须的信息后，将K文件提交给LS-DYNA求解器后，才能进行求解计算。dyn是 femb前处理软件生成的文件用于ls-dyna程序的计算，功能类似K文件夹，可以用记事本打开，自己编辑成k文件，进行计算。

LS-DYNA程序是功能齐全的几何非线性、材料非线性和接触非线性程序。它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能是通用结构分析非线性有限元程序。

C、对处理后的冲压仿真源模型进行几何模型冲压成型仿真计算分析形成带有冲压成型信息的冲压仿真结果模型；对冲压成型仿真计算分析中的修边工序进行处理，确定两组节点号的位置进行修边线处理，在冲压方向将节点向外拉伸。保证在切边后产品上有可以拉伸的边界，便于快速捕捉到节点。

D、对碰撞仿真源模型进载荷与约束的施加设置形成碰撞子结构模型；载荷与约束的施加按静力等效原则进行施加。通过对碰撞源模型进行载荷与约束参数设定建立接近该制件在实际使用过程中的结构局部情况，同时考虑了制件应用设备的工作原理和整体布局情况。施加载荷与约束遵循尽量还原了结构在实际中的真实约束和受力情况，在结构的静力分析中载荷与约束的施加方案对计算结果有较大的影响，增加计算结果可信度，使碰撞仿真子结构模型更接近实际应用。

E、将冲压仿真结果模型通过步骤B中对应选取的两组节点号进行节点映射把冲压仿真结果模型中带有的冲压成型信息导入到步骤D处理过的碰撞子模型中得到带有冲压成型信息的用于碰撞仿真的模型。

应用primer软件中的Forming命令界面分别输入步骤B中选取的两组节点号，进行一一对应映射。primer软件是基于以等级相似性为基础的非参数多元统计技术而开发的大型多元统计软件，primer软件中的 Forming命令只需在参数输入界面输入对应的节点号即能实现两组节点号的对应映射，达到了操作方便的目的。

最后将映射后的带有冲压成型信息的制件带入到整车仿真模型中，在运用关键词中输入映射需要的两组节点编号完成运算。在制件子结构模型应用到具体的整车仿真模型中时只需要运用关键词中输入映射需要的两组节点编号进行调用既能实现带有冲压成型信息的碰撞模型在实际仿真模拟中的应用只需调用就能完成仿真计算，可多次反复应用，增加单个制件在设计研发中的仿真应用率从而简化了仿真流程。

以下是本发明的工作原理：

图1中可看出可以通过IGES软件建立需要的几何模型，在整个映射过程中如果已有需要的几何模型则可以不需要建立。从冲压仿真结果模型到碰撞仿真模型的映射过程中选取的对应特征节点部位的网格划分一致性决定了所选取的特征节点局部坐标系的准确性。而特征节点局部坐标系的准确性对仿真计算精度有着重要影响。本申请中在冲压仿真结果模型到碰撞仿真模型的映射前对需要映射的几何模型进行了处理，在相同划分网格下选取了两组对应同位置映射的节点号。增强了所选取的特征节点局部坐标系的准确性。对处理后的冲压仿真源模型进行几何模型冲压成型仿真计算分析形成带有冲压成型信息的冲压仿真结果模型；作为冲压成型信息到碰撞仿真模型映射的源文件；对碰撞仿真源模型进载荷与约束的施加设置形成碰撞子结构模型；作为冲压成型信息到实际碰撞仿真模型映射集成对象。把冲 压仿真结果模型通过同网格下选取特征节点运用primer软件中的Forming命令中的节点映射法映射到碰撞子结构模型中从而实现冲压成型信息到碰撞仿真模型映射。因冲压成型计算后所选取的特征节点编号不会改变，只需冲压成型前文件相同的碰撞仿真模型和冲压成型后带有冲压成型信息的结果文件一一对应的节点完成映射，该方法更加稳健、准确的实现了Autoform冲压信息映射。

在传统的网格映射法过程中首先要求建立局部坐标系即参考点，一般选择在冲压成型仿真和碰撞仿真建模之前一些关键点，如关键孔的位置、对称面的位置或其他关键部位等关键点来建立一个映射使用的局部坐标系，而局部坐标系的误差比冲压成型仿真本身的误差还要大，因此冲压成型和碰撞仿真中这些关键部位网格划分的一致性，局部坐标系的准确性都对计算精度有着重要影响。而Autoform在冲压成型计算中采用的是自适应三角形网格划分，三角形网格节点并不能与四边形的碰撞网格节点相对应，致使在Autoform实际的冲压成型信息映射过程中存在冲压信息偏移失真、成型信息映射不完整等情况。而本申请中在相同的网格划分下即选取了对应的两组特征节点，实现了关键部位网格划分的一致性，而相同的几何模型保存的不同格式的文件提高了局部坐标系的准确性。同时本方法中选取的特征节点位置尽可能的选择有特征的关键部位，比如缺口，圆角或异形边界区域且容易捕捉的位置。特征节点最少为三个，所选的三个特征节点以尽可能的囊括整个制件的结构为原则，保证冲压信息完整映射到仿真模型中。

如图2所示为整车碰撞仿真模型总能量、动能及内能的对比结果示意图：图中abc分别表示三条整车碰撞模型中的总能量，其中动能a1、内能a2及总能两线a是应用本方法第一次任意选取三节点映射后在整车碰撞模型仿真模拟中得到的对应动能、内能和总能量两线的模拟结果曲线变化。同理b1、b2及总能两线b是应用本方法第二次任意选取三节点映射后在整车碰撞模型仿真模拟中得到的对应动能、内能和总能量两线的模拟结果曲线变化。c1、c2及总能两线c是应用本方法第三次任意选取三节点映射后在整车碰撞模型仿真模拟中得到的对应动能、内能和总能量两线的模拟结果曲线变化。

由图中abc表示总能量的三线近似重合可以看出通过不同的方式选取三节点映射的方式在整车碰撞仿真模拟实验中的总能量近乎相同。 a1b1c1分别表示中不同方式下对应的动能变化情况对比，a2b2c2分别表示不同方式下对应的内能变化情况对比。从图2中可以看出本Autoform 冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法应用到整车碰撞仿真模拟中得到的总动能、动能、内能基本保持稳定。从而可以得出本方法能够稳健、准确的实现Autoform冲压信息映射。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:

A、对需要映射的几何模型进行几何网格划分处理，并将处理后的几何模型保存为具有相同网格的冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型，同时对冲压仿真源模型进行偏移和节点重命名；

B、根据几何模型的几何形状和特点分别在冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型中选取一一对应的两组节点号，每组节点号至少为三个不在同一直线上的特征节点；

C、对处理后的冲压仿真源模型进行几何模型冲压成型仿真计算分析形成带有冲压成型信息的冲压仿真结果模型；

D、对碰撞仿真源模型进载荷与约束的施加设置形成碰撞子结构模型；

E、将冲压仿真结果模型通过步骤B中对应选取的两组节点号进行节点映射，把冲压仿真结果模型中带有的冲压成型信息导入到步骤D处理过的碰撞子结构模型中得到带有冲压成型信息的用于碰撞仿真的模型。

2.根据权利要求1所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤B中，每组节点号上选取的特征节点囊括整个几何模型的制件结构。

3.根据权利要求2所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤C中，对冲压成型仿真计算分析中的修边工序进行处理，确定两组节点号的位置进行修边线处理，在冲压方向将节点向外拉伸。

4.根据权利要求1或2或3所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤D中，载荷与约束的施加按静力等效原则进行施加。

5.根据权利要求4所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤E中，应用primer软件中的Forming命令界面分别输入步骤B中选取的两组节点号，进行一一对应映射。

6.根据权利要求5所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤A中，冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型保存为两种格式的文件，由Hypermesh软件将冲压仿真源模型和碰撞仿真源模型分别输出为DYN格式的文件和K格式的文件。

7.根据权利要求6所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤B中，冲压仿真源模型的偏移和节点重命名用软件Mesh软件进行实现并再次导出为DYN格式的文件。

8.根据权利要求7所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，所述步骤B中，每组节点号为三个特征节点，并在Mesh软件上将选择的节点编号进行记录。

9.根据权利要求8所述的Autoform冲压成型信息到碰撞仿真模型的映射方法，其特征在于，将映射后的带有冲压成型信息用于碰撞仿真的模型带入到整车仿真模型中，在运用关键词中输入映射需要的两组节点编号完成运算。