[发明专利]一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法

说明书

本发明公开了一种用于钣金连接区域疲劳寿命预测的有限元建模方法,其步骤包括：100：对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性；建立钣金件的连接点，连接点的边界与钣金件之间刚性连接，建立Nastran格式的初始有限元模型；200：采用微单元技术提取连接点的数据，以建立连接区域的局部超细化模型，并基于局部超细化模型进行刚度矩阵的计算；300：提取连接区域的刚度矩阵；400：将Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的刚度矩阵替代；500：对Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接区域周围单元的最大应力值，根据对应的应力‑寿命曲线获取连接区域的疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及一种有限元建模方法，尤其涉及一种用于疲劳开裂预测的有限元建模方法。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，汽车的需求量及出口量不断增加，对于汽车驾驶性能、安全性能的要求也在逐步的完善和提高。汽车企业在针对当前车型进行开发时，不仅需要满足不同的法规评价，还存在一系列的内部实验标准，用于不断改善车辆的质量和乘用体验。

目前，在车辆疲劳工况中，现有的仿真技术无法准确的模拟及预测钣金连接区域的疲劳开裂问题，仍然需要进行多轮疲劳物理试验。试验的周期单轮需要一个月左右，经过上万次的外力加载，试验不仅周期长，而且耗费企业巨大的开发费用成本。在车辆疲劳现有仿真技术中，车辆钣金件在模型建立时简化为壳单元，连接处使用刚性连接建立，因此无法准确模拟钣金连接区域的受力状况，如果对整个车辆及所有钣金连接处使用超细化模型，整车模型有限元网格数目因此会增加500～1000倍，虽然能准确的模拟钣金及其连接处的受力及失效情况，但是由于整车模型巨大，会导致计算效率极其低下的问题。

因此，如何通过疲劳仿真分析模拟来高效并准确模拟钣金件连接处受力情况及疲劳开裂的风险，减少所需进行的整车实验的次数，提高整车开发流程的效率仍然是一个具有挑战性的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，该用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，基于NASTRAN和ABAQUS有限元计算软件搭建模型，修正了钣金连接区域的刚度矩阵，从而极大程度地提高了模型的运算精度，实现对实验结果进行准确预测，非常有利于节约样车成本，大大提高了汽车的研发效率。有效解决了现有技术无法准确模拟及预测钣金件连接区域疲劳开裂的问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法，其包括步骤：

100：对钣金件进行网格划分，并赋予其材料及厚度属性；建立钣金件的连接点，所述连接点的边界与钣金件之间刚性连接，建立Nastran格式的初始有限元模型；

200：采用微单元技术提取所述连接点的数据，以建立连接区域的局部超细化模型，并基于局部超细化模型进行刚度矩阵的计算；

300：提取连接区域的刚度矩阵；

400：将所述Nastran格式的初始有限元模型改建为Abaqus格式的疲劳计算模型，更改连接区域属性，将连接区域的刚性连接由步骤300中得到的所述刚度矩阵替代；

500：对所述Abaqus格式的疲劳计算模型进行疲劳加载，计算后提取连接区域周围单元的最大应力值，根据对应的应力-寿命曲线获取该连接区域的疲劳寿命。

进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，在步骤100中，先通过钣金件的几何数据抽取钣金件的中性面，再对所述中性面进行壳网格划分。

进一步地，在本发明所述的用于钣金连接区域疲劳开裂预测的有限元建模方法中，所述连接区域的连接方式包括下述各项的至少其中之一：焊接连接，铆接，螺栓连接。