整车CAE有限元建模通用规范doc.docx

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整车CAE有限元建模通用规范doc

^|CAE整车建模通用规范

Version1.0

1.前言2

2.命名，编号2

2.1.概述2

2.2.特例6

3.单位6

3.1.单位制6

3.2.常用材料基本参数6

4.坐标系7

5.分网8

5.1.1D单元8

5.1.1.焊点单元（Beam,spotweld,ACM等）8

5.1.2.Rigid8

5.1.3.Mass9

5.2.2D单元9

5.3.3D单元11

5.4.局部特征处理13

5.4.1.孑L13

5.42加强筋15

5.4.3.圆角\倒角18

5.4.4.法兰21

5.4.5.拼焊板处理（待定）22

5.46其他突出边22

5.4.7.肋板22

5.5.连接（TBD）23

5.6.包边24

6.模型检查24

6.1.网格质量检查24

6.2.模型一致性检查25

6.3.边界条件检査25

6.4.部件连接检查25

整车检查25

1.前言

为了保证有限元模型的通用性，减少重复性工作，特制定本规范，所有零部件建模将依据本规范所规定标准。

为了便于管理和维护，现阶段模型采用HyperMehshv9.0的hm前处理模板，生成*hni格式文件。

通用的整车有限元模型包含以下信息：

node、element、component>property>assembly等（不包括材料仁息）。

由于各区域对整车模型材料信息要求不同，共亨模型建好之后应用到具体区域的时候再添加材料信息，以碰撞分析为例，专门生成material.k（material.dyn）文件，用includein句进行调用。

为了得到更好的结果，在建模过程屮允许不按照本规范建立模型，但是一定要在模型卡片中写出理由，以便于本规范的更新。

2・命名，编号

2.1.概述

⑴整车模型分为BIW、closure>chassis,trim四个子系统，各子系统又包含相应的总成，每个总成由若干零件组成。

各构成关系（整午一子系统一总成一零件，注意上下级之间的assembly）及编号如表1所示：

（2）—个零件对应一个component,一个materiaL一个property,三者ID号均为一致，同种材料共用同一材料曲线；

（3）零件的命名使用简写后的零件名，并将EPL表格中的零件号注释在comment中，常用词缩写规范如表2所示。

零件名规范为：

［零件的名称名词］［零件的描述］［内/外］［前/后］［上/下］［左/右］,举例：

左A柱上内加强板：

reinforcementApillarinnerupperlefthand,简写后为:

reinfApilrinruprIho

右后控制臂支座1：

bracket1controlarmrearrighthand»简写后为：

brkt

1Ctrlarmrrrh。

表整车构成及编号

子系统

总成

ID区间

part

node

element

（output）

1-9999

（spotweld）

2-10

10000-49999

BIW

roof

11-99

50000-99999

frontend

100-199

100000-199999

innersidebody

200-299

200000-299999

outersidebody

300-399

300000-399999

frontfloor

400-499

400000-499999

rearfloor

500-599

500000-599999

预留

600-999

600000-999999

closure

hood

1000-

1099

1000000-

1099999

1000000-1099999

frontdoor

1100-

1199

1100000-

1199999

liuuuuu-nyyyyy

rearsidedoor

1200-

1200000-

1200000-1299999

1299

1299999

tailgate

1300-

1399

1300000-

1399999

1300000-1399999

预留

1400-

1999

1400000-

1999999

1400000-1999999

chassis

frame

2000-

2099

2000000-

2099999

2000000-2099999

coolingsystem

2100-

2199

2100000-

2199999

2100000-2199999

powertrain

2200-

2299

2200000-

2299999

2200000-2299999

transmissionsystem

2300-

2399

2300000-

2399999

2300000-2399999

tyre

2400-

2499

2400000-

2499999

2400000-2499999

suspension

2S00-

2599

2500000-

2599999

2500000-2599999

steeringsystem

2600-

2699

2600000-

2699999

2600000-2699999

exhaustsystem

2700-

2799

2700000-

2799999

2700000-2799999

fuelsystem

2800-

2899

2800000-

2899999

2800000-2899999

pedal

2900-

2999

2900000-

2999999

2900000-2999999

预留

3000-

3999

3000000-

3999999

3000000-3999999

trim

windshield

4000-

4099

4000000-

4099999

4000000-4099999

bumper

4100-

4199

4100000-

4199999

4100000-4199999

seat

4200-

4299

4200000-

4299999

4200000-4299999

instrumentpanel

4300-

4399

4300000-

4399999

4300000-4399999

doortrim

4400-

4499

4400000-

4499999

4400000-4499999

fender

4500-

4599

4500000-

4599999

4500000-4599999

预留

4600-

4999

4600000-

4999999

4600000-4999999

mass

5000-

5099

5000000-

5099999

5000000-5099999

accelerometer

5100-

5199

5100000-

5199999

5100000-5199999

barrier

5200-

5200000-

5200000-5299999

5299

5299999

dummy

5300-

5399

5300000-

5399999

5300000-5399999

airbag

5400-

5499

5400000-

5499999

5400000-5499999

表2：

常用词缩写规范（注意拓展）

原型

缩写

原型

缩写

assembly

assy

middle

mid

bodyinwhite

BIW

mount

bracket

brkt

outer

otr

bumper

panel

pnl

chassis

chas

pedal

pdl

closure

clos

pillar

pilr

connect

cont

plate

pla

control

Ctrl

powertrain

pwt

crossmember

crmb

rail

dashboard

rear

door

reinforcement

reinf

engine

eng

righhand

fender

seat

firewall

shock

shk

floor

fir

steering

strg

frame

frm

subframe

subfrm

front

frt

support

supt

hinge

hge

suspension

SUS

inner

inr

systpm

sys

instrumentpanel

transmission

trans

lefthand

toepan

lingking

Inkg

upper

upr

lower

Iwr

wheel

whe

⑷其他命名规范如表4所示:

项目

命名规范

示例

material

材料号_（材料牌号）_零件编号

MAT24_SPCC_1234

MAT20_5678

property

属性种类一零件编号

SectShll/SectBeam1234

curve

材料牌号—子系统名

DP280_BIW

plot

曲线类别一子系统名

spring/metalchas

setpart

partsfor对象

partsforeng/gravity

node

nodesfor对象

nodesforvelocity

syscol

Syscol对象

Syscoleng1

vectorcol

Vectorcol对象

Vectorcolexhaustsys

loadcol

InitialVel

InitialVel—对象

lnitialVelMDB

LoadBody

LoadBody对象

LoadBodyvehicle

Spc

SpC—对象

Spjfrtdr

rigid

MPC_子系统名卜子系

统名）

MPC_susrr（-BIW）

joint

joint子系统名

jointstrgsys

整车模世

车型号标准号版本

号日曲

GP5O_GBfrt

impactV01090909・hm

三、模型更新

模型更新过程中，从老版模型到新版模型所做的调整要作出专门注释进行说明，内容包括整车更新的注释和某个零件更新的注释。

以dyna970碰撞分析为例，对于整车模型，可以在controlcards中的README注释项冃、工程师、工况、单位制、日期等信息,如图1所示；也可以在controlcards中TitleCard进行注释模型更新等信息，包括完成人、完成时间等，如图2所示。

zhaominSPARKCNCAP3SMM,TON,SEC,N

Dec9,2008at15:

56:

48sideimpact-♦2-

UIEWINGINFORMATION

一.954579E*030.40>*5-14E*04-.189470E*040.1881*2-1E*O4

O.1OOOOOE*010.OOOOOOE*OOO.09OOO0E*00

0.OO00OOE*0O0.1OOOOOE*010.OOO0O8E^O0

0•OOO0OOE>0O0.O0OOOOE*000.100900E^01

图1：

整车模型信息标注

*T1TLE

TITLE

|dong1iqi

ang;20090101

图2：

整车模型更新标注

对应EPL表格上的零件编号，应记录在comment中，另对于单个零件更新,可以在关键字忡ART的comment中进行注释，如图3。

*PART

coTirrient

|23456789;matchanged:

SPCC-B210P1

丄

SID

J[EOSIDI

[HGID]

100

图3：

单个零件更新标注

2.2.特例

•同一部件的不同部分要根据厚度，属性，材料等分成不同的PID,比如拼焊板。

•建模时若部件材料，厚度等未知，可以给这个部件一个虚拟的厚度1000mm,或者虚拟的材料密度1E6

3・单位

3.1.单位制

模型的单位要保持一致，在输入文件的开头要加以注释说明，单位制的对

应关系见表3：

表3：

单位制

国际单位制

（SIUnits）

推荐单位制

常用单位制

时间Crime）

s（秒）

ms（毫秒）

s（秒）

长度（Length）

m（米）

mm（毫米）

质量（Mass）

Kg（千克）

To"吨）

密度（Density）

Kg/m3

Kg/mm3

Ton/mm3

力（Force）

N件）

kN（千牛）

N件）

应力（Stress）

Pa（帕，N/m2）

Gpa

MPa

重力（Gravity）

9.81m/s2

0.00981mm/ms2

9810mm/s2

力矩仃orque）

N-m

kN-mm

N-mm

刚度（Stiffness）

N/m

kN/mm

N/mm

频率（Frequency）

Hz（赫）

kHz（千赫）

Hz佻赫）

能量（Energy）

J（焦）

MJ（兆焦）

三种单位制都可选用，碰撞中要求使用“推荐单位制JNastran活着Abaqus中选用“常用单位制”。

3.2.常用材料基本参数

常用材料的基本参数见表4。

表4:

常用材料基本参数*

材料名

Rlio（Kg/nuii3）

E（GPa）

钢

7.80E-06

210

0.30

铝

2.70E-06

0.33

球墨铸铁

7.10E-06

170

0.29

镁

1.8E-06

0.35

玻璃

2.5E-06

0.30

•农中的数值仅供参考.P

1体数值可根据实际情况调节

4.坐标系

车身坐标系采用笛卡尔坐标系，X轴正向由车的前端指向尾端，Y轴的正向由车的左侧指向右侧，零点位于车的中轴线上，即Y=0.0位于车的中轴线上：

Z的正向由车的底端指向车的顶端。

车身坐标系与系统坐标系不同，请勿混淆。

图4和图5是车身坐标系XY平而和YZ平面的示意图。

5：

午身坐标系YZ平面示意图

5・分网

5.1.ID单元

5.1.1.•焊点单元（Beam,spotweld,ACM等）

•焊点单元要使用HyperMesh中的Connetors命令建立，以便于更新和修改。

•焊点单元要正交于所要连接的表面

•焊点中心要与所连接的单元中心重合（节点与节点连接除外），图6是正确的焊点位置示例

图6：

焊点的正确位置

5.1.2.

Rigid

•不能存在自由端

•不能存在刚性环，即：

其中的节点不能既是主（master）点乂是从点（slave）。

•两个刚性单元之间不能出现公共节点：

不能用刚性单元连接刚性单元或考刚体，不能将刚性单元连接到已经定义约束的节点上

•刚性焊点单元要与所连接的表面正交

5.1.3.Mass

•内饰的质量要用尽量多的质量点附加在所依附的部件上

•座椅的质星，如果用集中质暈代替，集中质量要位于H点上，并用刚性单元将其连接到座椅所在位置的4个锚点上（anchorpoint）o

5.2.2D单元

•单元要建立在儿何模型的屮性面上

•单元要尽量与几何保持一致

•部年要使用线性一阶壳单元建模（3•或者4■节点）

•单元的标准尺寸为lOmmXlOninio

•单元的最小边长不要小于3mm

•三角形单元的比例要小于5%。

•单元的网格线要与儿何的边界正交，即网格线与截而平行或垂直，如图8,图9和图10o

•避免单元跨越y=0这条线，只有节点位于这条线上。

•避免单排单元独立出现，至少划分两排单元，见图12,若需要焊接，则必须划分三排，而且焊点要布在中间的单元上，如图12。

图12：

伸出部分网格划分

图13：

伸出部分网格划分

5.3.3D单元

•单元采用一阶线性体单元（4节点四面体，6节点五而体和8节点六而体）•推荐使用&节点六面体单元，尽量避免使用四面体，五面体单元，在关键区域只能使用六面体单元。

•若在较次要部分使用非六面体单元，要对称使用

•避免单排单元，相对应的截而至少划分2排单元，见图VE

图14：

体单元划分示例

图16：

三排体单元划分实例（静力分析中）

54局部特征处理

5.4.1.孔

5.4.1.1.概述

在对孔进行模拟之前，首先要弄清楚孔的用途，比如定位孔，螺栓孔等。

对丁•用于连接的孔，还要弄清楚螺栓，垫片，螺帽等的尺寸以便于划分网格并定义连接。

对于直径小于5mm的孔可以不予保留（静力分析中可酌情保留），填满即可，大于5mm的孔则必须保留，并根据用途划分网格，直径大于30mm的孔按照一般不进行待殊处理，周围采用标准尺寸划分，孔的参数定义见图17,孔的处理方法见表5,详细示例见图18。

足孔的最大尺寸，Dm.n是孔的最小尺寸，C址孔的中心

图17：

孔的参数定义

表5：

孔的处理方法

5・4・1・2・孔的详细处理方法

•连接孔：

螺栓孔等

对于在物理模型中采用螺栓连接的孔，比如动力总成悬置安装孔，座椅安装孔等，则需要在孔周围划分一排单元作为孔的外圈來模拟垫片或者螺栓头的尺寸,具体尺寸与垫片的尺寸一致，见图19,用刚性连接模拟螺栓连接时，外圈的节点也要连接上。

•椭圆孔

椭圆孔的圆弧过渡区域的直径在7・20mmZ间，圆弧区域要布置两个单元，小于7毫米，则布置一个单元，见图20。

If<7mm,makeholeuithImeshin“I广direction.

图20：

椭圆孔处理方法孔的实例见图21。

图21:

孔的处理方法实例

5.4.2.加强筋

•关键区域的筋全部保留

•筋的形状要和儿何保持一致

•筋的一般处理方法见图22。

•若筋的底部形状为弧形，尽量在筋的顶点（一般为中间部位）布置节点,见图23o

图22：

筋的一般处理方法

图23：

筋的处珅-在顶占布胃节占

用于焊接的筋要建成平面以方便生成焊菽2元，其矗模方法见图26,任意方向上至少分布两排单元，实例见图25和图26。

Minimumoftwoelementsacrossdepressionandsurfaceisflat;threeassoonasMELallows

图24：

用于焊接的筋的建模方法

Mesh

图25：

用于焊接的筋的建模实例

5.4.3.

Depressionsforwelds（geometry）

图26：

用于焊接的筋建模实例

角\倒角

圆角的参数，弧长L,

角度a,半径R和弦差定义见图27

图27：

圆角的参数定义

•当弦差长度大于3mm,角度小于20度（*20）的圆角不做特殊处理

•当弦差长度小于3mm,角度大于20度（a>20）的圆角要移除，见图28a

（b）largefilletwidth&angle>20degree

图28：

小宽度和人宽度的圆角建模

•当圆角的弦差大于3mm,角度大于20度（a>20）,圆角要用切开，并用边长大于4mm的单元建模，见图28b,如果得到的单元尺寸小于4mm,则允许单元的端点向平面内移动最多1mm,见图29,图30

图30:

端点移动示例

•圆角轴向方向的边长耍尽量接近通用单元尺寸

•在筋附近的圆角建模要首先满足筋的建模需求

•对于尺寸大于8mm的関角/倒角，必须生成两排网格，小于8mm的圆角/倒角，生成一排即可,见图31。

图31：

双排和单排网格

•图32足圆角的处理示例，图33是划分网格后的模型

图32：

圆角处理示例

图33：

划分网格后的模型

5.4.4.法兰

•对于用于焊接的法兰在宽度方向上至少划分3曾单元，见图34。

图34：

用于焊接的法兰的建模

对丁•宽度小于3mm的非焊接法兰则按照图35进行处理

图35：

宽度小于3MM的非焊接法兰的建模•帽形法兰则根据图36进行处理。

5.4.7.肋板

•肋板上尽量布置三排单元，见图40

图40:

肋板的划分

5.5.连接（TBD）

•使用刚性单元模拟螺栓连接时，其头部连接的单元范囤要包含垫片的尺寸,刚性单元的独立节点要位于孔的中心，见图41。

在NASTRAN中，

•用刚性单元模拟通孔连接时’只连接最上面一层节点’模拟螺纹孔连接时'要连接孔的内层全部节点，见图

5.6.包边

6.1.网格质量检査

•四边形网格的质量要依据表6所规定的标准，三角形的质星要根据表7规定的标准。

衣6:

四边形单元质量标准

QualityMeasure

TargetRange

Requirement

HardLimit

Notes

AspectRatio

1・2

WaipageAngle（deg.）

v15

<30

SkewAngle（deg.）

<20

<45

<60

Jacobian

>0.8

>0.6

>0.4

MinimumAngle（deg.）

70-90

>45

>30

MaximumAngle（deg.）

90-110

<135

v150

Elementsidelength（nun）

Notlessthan

Notlessthan10

Notless

Noviolations

than3

allowed

表7：

三角形单元质最

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