本發(fā)明屬于CAD/CAE模型簡化和汽車輕量化技術領域，涉及一種基于簡化評估的汽車部件設計方法，特別是一種對汽車耐撞性分析的CAD/CAE模型簡化和分析評價的方法流程。

背景技術：

基于有限元技術仿真的工程設計與優(yōu)化是一種解決工業(yè)系統(tǒng)中設計問題的有效的工具。模型簡化是通過對原始高保真模型進行簡化，以實現(xiàn)減少分析時間的過程。模型驗證是通過比較CAE模型輸出及所測試驗結(jié)果以評估CAE模型在擬用途上的有效性和準確性的過程。成功的模型簡化和模型驗證能明顯減少在產(chǎn)品開發(fā)設計初期的時間和資金投入。

CAD模型特征提取和排序能夠有效的識別模型中存在的特征，并能對特征按照體積大小進行排序，設計者可以根據(jù)自己的需求對需要保留的特征進行選擇。對CAD模型進行降維簡化即用梁單元替代細長桿件，中面替代實體，從而最快的得到分析結(jié)果。雖然目前有大量學者對CAD模型簡化進行了研究，也分別提出了這兩個方法，但是卻并未將其和后續(xù)的CAE模型建立和分析進行聯(lián)系，導致CAD模型簡化結(jié)果在實際工業(yè)生產(chǎn)中可行性較低。

CAE模型進行子模型提取后，需要對其邊界條件進行穩(wěn)健性分析，而目前沒有具體的量化步驟。同時，近似模型目前在工程中得到了廣泛的運用，因為其計算速度快而得到工程人員極大的重視，然而，目前缺乏近似模型與簡化模型的結(jié)合運用。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于簡化評估的汽車部件設計方法，該方法考慮CAD/CAE模型特征的提取和維度的降低，并采用模型驗證評估指標對簡化后模型進行評價，利用簡化后模型進行輕量化設計，具有更高效率和較好的可信度。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種基于簡化評估的汽車部件設計方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：對初始CAD模型特征進行分析，根據(jù)分析場景，將特征進行排序，去除對后續(xù)分析影響較小的特征，并判斷模型是否符合降維條件，對模型進行簡化；

步驟二：在簡化后的CAD模型基礎上建立CAE模型，包括幾何清理、網(wǎng)格的劃分和邊界條件施加，用殼單元替代體單元；

步驟三：基于分析場景，從整體CAE模型中提取關注部件，施加原始模型中部分邊界條件，用EEARTH評估指標驗證簡化模型精度；

步驟四：用達到精度要求的簡化模型代替原始模型，用EEARTH驗證邊界條件穩(wěn)健性，若穩(wěn)健性符合要求，則用簡化模型獲取一定實驗設計對應的數(shù)據(jù)組，然后采用近似模型對簡化模型仿真結(jié)果進行擬合，并用尋優(yōu)方法在零部件允許厚度范圍內(nèi)尋優(yōu)，找到使產(chǎn)品安全性提高時的結(jié)構(gòu)最優(yōu)值。

進一步的，在步驟一中，首先基于后續(xù)分析的有限元場景，對原始CAD模型進行分析，將對分析過程影響較小的零部件的特征進行排序，依據(jù)簡化程度，對這些特征進行刪減，并分析零部件是否滿足降維特征，對薄壁件和長桿件使用中性面和梁單元進行替代。

進一步的，在步驟三中，分析主要關注的零部件，將關心區(qū)域進行子模型提取，即從整體CAE模型分離出來，對子模型施加原始整車模型對應連接點的運動情況，然后進行仿真，提取原始CAE模型和簡化后CAE模型中關鍵點的仿真結(jié)果進行比較，用EEARTH指標量化簡化模型精度，若精度達到要求，則說明邊界條件施加方式正確。

進一步的，在步驟四中，具體包括驗證關心區(qū)域鈑金件厚度發(fā)生變化時，邊界條件的穩(wěn)健性是否符合要求，分別改變鈑金件厚度，得到不同情況下的邊界條件結(jié)果，用EEARTH評估指標量化評分結(jié)果，如若精度達標，則對簡化后模型一直施加原始模型對應的邊界條件，并用簡化后模型運算結(jié)果進行輕量化設計，對于簡化后計算時間較短的模型，直接在仿真軟件內(nèi)進行重復的迭代運算，求解最優(yōu)結(jié)果；如果簡化后模型計算時間仍然較長，則用近似模型對簡化模型結(jié)果數(shù)據(jù)進行擬合，然后用遺傳退火優(yōu)化方法在數(shù)學范圍內(nèi)對其進行尋優(yōu)，這兩種情況得到最后的優(yōu)化結(jié)果后，都帶回原始CAE模型進行驗證。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的方法將CAD模型簡化，CAE模型簡化，模型驗證，汽車結(jié)構(gòu)輕量化進行了融合，形成了一個完整的優(yōu)化鏈條，該方法能有效的縮短仿真分析時間，同時，能有效的對汽車車身部件進行優(yōu)化。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖；

圖2為簡化模型從整車中的提取位置及邊界條件施加點；

圖3為進行優(yōu)化的B柱部件。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明所述的一種基于簡化評估的汽車部件設計方法，包括以下步驟：步驟一：對初始CAD模型特征進行分析，根據(jù)分析場景，將特征排序，去除對后續(xù)分析影響較小的特征，并判斷模型是否符合降維條件；步驟二：在簡化后的CAD模型基礎上進行CAE模型處理，包括幾何清理和網(wǎng)格的劃分，并盡可能用殼單元替代體單元；步驟三：基于分析場景，從整體CAE模型中提取關注部件，施加原始模型中部分邊界條件，用EEARTH評估指標驗證簡化模型精度；步驟四：用達到精度要求的簡化模型代替整車，用EEARTH驗證邊界條件穩(wěn)健性，若穩(wěn)健性符合要求，則用簡化模型獲取一定實驗設計對應的數(shù)據(jù)組，然后采用近似模型對簡化模型仿真結(jié)果進行擬合，并用尋優(yōu)方法在零部件允許厚度范圍內(nèi)尋優(yōu)，找到使整車安全性提高時的結(jié)構(gòu)最優(yōu)值。

在本實施例中，具體步驟如下：

步驟一：在獲得初始整車CAD模型后，需要特征進行分析，首先根據(jù)分析場景，將特征排序，然后依據(jù)后續(xù)分析中網(wǎng)格尺寸和側(cè)碰發(fā)生時的受力部件分布，去除非吸能部件中對分析影響較小的特征，并去除吸能件中不滿足最小網(wǎng)格劃分要求的細節(jié)特征，然后設定板件厚度、直徑和長度比值的閾值，判斷模型是否符合模型降維條件，將薄壁件用中性面替代，將細長桿件用梁單元替代；

步驟二：在簡化后的CAD模型基礎上進行CAE模型處理，包括幾何清理和網(wǎng)格的劃分，包括對破損中面的修復，對構(gòu)造線的添加和去除，對幾何體劃分網(wǎng)格，施加連接，添加材料參數(shù)、材料屬性、邊界條件；

步驟三：基于分析場景，從整車CAE模型中提取碰撞一側(cè)的側(cè)圍結(jié)構(gòu)，并找到側(cè)圍與車身連接點，如圖2所示，施加這些點在原始模型中的應力應變曲線，然后提取簡化前后B柱上對應的頭胸腹位置的位移時間曲線，用EEARTH指標驗證分別從相位、幅值、形狀三個方面對這幾個曲線分別進行評分，判斷模型精度。

步驟四：確定輕量化的B柱部件，如圖3所示，然后驗證簡化模型邊界條件穩(wěn)健性，即在原始CAE模型中，分別增減圖3各個部件厚度，提取步驟四中各個邊界施加點在這些情況中的速度時間曲線，用EEARTH評估指標判斷其精度，然后用邊界條件穩(wěn)健性和模型精度均達到精度要求的簡化模型代替整車，獲取一定實驗設計對應的數(shù)據(jù)組，并采用近似模型對簡化模型仿真結(jié)果中對應的碰撞側(cè)內(nèi)板腰線侵入速度和各自情景下整車質(zhì)量進行擬合，用模擬退火法(SA)在零部件允許厚度范圍內(nèi)尋優(yōu)，找到使整車安全性提高時的結(jié)構(gòu)最優(yōu)值，然后將優(yōu)化結(jié)果帶回原始CAE整車模型進行驗證。

表1為簡化CAE前后的計算時間，由表格數(shù)據(jù)可知，該方法可以有效提高仿真效率。

表1

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。