中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法及装置，本发明专利技术所提供的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法能够利用车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图自动实现对车体结构网格模型的快速建立，中间无需人工干预，极大降低了人工工作量，大大提高了建模效率，同时能够快速获取方案设计阶段车体结构的力学性能评估参数，进而缩短车体设计周期，降低车体使用成本。

【技术实现步骤摘要】
中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法及装置
本专利技术涉及车体仿真模拟
，特别涉及一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法及装置。
技术介绍
随着经济的发展，轨道车辆在生产和生活中发挥着越来越重要的作用。同时，为了满足更高的经济需求，对于轨道车辆的设计也提出了更高的要求，例如车体承重高且重量轻、高车速等。当前，为了兼顾车体重量和承载能力，轨道车辆的车体基本采用铝合金车体结构。铝合金车体结构由大量铝合金中空型材通过复杂的连接关系焊接而成。在铝合金车体结构的方案设计阶段，设计人员需要不断优化车体断面形式和梁的布局，从而使车体结构达到更好的力学性能，节约制造成本。当前，车体主要通过以下方式进行建模仿真模拟：首先利用CAD绘图软件绘制车体的CAD图纸，然后基于CAD图纸手动提取型材结构信息建立车体结构有限元模型，然后再利用软件对构建的有限元模型进行仿真模拟。人工提取CAD图纸中型材信息工作量巨大，需要耗费大量时间，显著延长了建模时间，进而导致车体设计周期比较长。因此，如何缩短现有车体结构建模时间，提高仿真效率，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供的目的为提供一种建模时间短且能提高仿真效率的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法及装置。本专利技术提供了一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，包括：获取车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图；其中所述车体的横截面为侧墙、车顶和底板三者围成的断面；所述车体的侧墙、所述车体的车顶、所述车体的底板、所述侧墙门立柱、所述端墙和所述组成底架的各零部件一者或者几者或者全部均为中空型材；自动获取组成各横截面的每一个型材的断面轮廓线，并将每个横截面的各型材的断面轮廓线形成封闭曲线，然后根据形成该横截面的各所述封闭曲线获取组成横截面所有型材的中线及所述中线相应位置所对应的壁厚信息；将形成同一个横截面中的所有中线形成的二维图进行有限元网格划分，然后将划分为有限元网格的二维图沿其长度方向拉伸形成车体壳网格模型、侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型；并根据至少包括车门、车窗在内零部件的安装区域的位置信息删除所述车体壳网格模型中的部分网格；根据位置参数将所述侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型与删除部分网格的车体壳网格模型连结融合以获得车体结构的有限元模型。本专利技术所提供的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法能够利用车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图自动实现对车体结构网格模型的快速建立，中间无需人工干预，极大降低了人工工作量，大大提高了建模效率，同时能够快速获取方案设计阶段车体结构的力学性能评估参数，进而缩短车体设计周期，降低车体使用成本。可选的，各所述型材的中线通过以下方式获取：以预定间距在每一条断面轮廓线取一系列给定点，过每个所述给定点作该断面轮廓线的垂线，寻找该条垂线与其他断面轮廓线的所有交点中与该给定点距离最小的交点，确定所述距离最小的交点与相应给定点二者的中点；所有中点依次连接形成该型材的中线。可选的，相邻中点之间中线段的壁厚信息通过以下方法获得：相邻中点和与其相应给定点之间距离平均值的两倍。可选的，相邻中点通过直线段连接，如果相邻直线段的斜率差值和壁厚差值均分别小于预定斜率控制阈值和预定厚度阈值时，则将相邻的两直线段合并为一条直线段，其厚度取为壁厚的平均值。可选的，各所述划分为有限元网格的二维图通过以下方法拉伸形成壳网格模型：沿垂直于横截面的方向，向将所述划分为有限元网格的二维图拉伸预定长度形成壳单元，然后再相接排列N个所述壳单元。可选的，所述侧墙门立柱壳网格模型、所述端墙壳网格模型以及所述组成底架的各零部件的壳网格模型中与所述车体壳网格模型连接位置的有限元网格大小相差在预定值内。可选的，所述侧墙门立柱、端墙、组成底架的各零部件于所述车体上的具体位置自车体结构的结构设计图读取。可选的，所述方法还包括：将所获得的各壁厚信息赋于相应中线，并施加载荷参数和约束位置参数于所获得的车体结构的有限元模型相应位置，以生成车体结构的刚度和模态仿真姿态。本专利技术还提供了一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真装置，该装置包括：壳网格模型生成模块，用于获取车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图；其中所述车体的横截面为侧墙、车顶和底板三者围成的断面；并自动获取组成各横截面的每一个型材的断面轮廓线，并将每个横截面的各型材的断面轮廓线形成封闭曲线，然后根据形成该横截面的各所述封闭曲线获取组成横截面所有型材的中线及所述中线相应位置所对应的壁厚信息；将形成同一个横截面中的所有中线形成的二维图进行有限元网格划分，然后将划分为有限元网格的二维图沿其长度方向拉伸形成具有三维网格的车体壳网格模型、侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型；组装模块，根据位置参数将所述侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型与所述车体壳网格模型连结融合以获得车体结构的有限元模型。可选的，所述壳网格模型生成模块还存储有：根据至少包括车门、车窗在内零部件的安装区域的位置信息删除所述车体壳网格模型中的部分网格；或者/和，所述壳网格模型生成模块还存储有：以预定间距在每一条断面轮廓线取一系列给定点，过每个所述给定点作该断面轮廓线的垂线，寻找该条垂线与其他断面轮廓线的所有交点中与该给定点距离最小的交点，确定所述距离最小的交点与相应给定点二者的中点；所有中点依次连接形成该型材的中线；或者/和，各所述划分为有限元网格的二维图通过以下方法拉伸形成三维网格壳网格模型：沿垂直于横截面的方向，向将所述划分为有限元网格的二维图拉伸预定长度形成壳单元，然后再相接排列N个所述壳单元。附图说明图1为本专利技术一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法的流程图；图2为本专利技术一种实施例中车体横截面的结构示意图；图3为本专利技术一种实施例中某一型材生成有中线的结构示意图；图4为图3的局部结构示意图；图5为车体壳网格模型；图6为侧墙立柱壳网格模型；图7为组装后的车体网格模型；图8为所述车体网格模型处于的姿态示意图。其中，图2至图3中：11底板；12侧墙；13车顶；1a连接点；1-1外板中线；1-2内板中线；1-3肋筋中线。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本专利技术一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法的流程图。本专利技术提供了一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，该方法包括：S1、获取车体横截面、侧墙门立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，包括：/n获取车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图；其中所述车体的横截面为侧墙、车顶和底板三者围成的断面；所述车体的侧墙、所述车体的车顶、所述车体的底板、所述侧墙门立柱、所述端墙和所述组成底架的各零部件一者或者几者或者全部均为中空型材；/n自动获取组成各横截面的每一个型材的断面轮廓线，并将每个横截面的各型材的断面轮廓线形成封闭曲线，然后根据形成该横截面的各所述封闭曲线获取组成横截面所有型材的中线及所述中线相应位置所对应的壁厚信息；/n将形成同一个横截面中的所有中线形成的二维图进行有限元网格划分，然后将划分为有限元网格的二维图沿其长度方向拉伸形成车体壳网格模型、侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型；并根据至少包括车门、车窗在内零部件的安装区域的位置信息删除所述车体壳网格模型中的部分网格；/n根据位置参数将所述侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型与删除部分网格的车体壳网格模型连结融合以获得车体结构的有限元模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，包括：
获取车体横截面、侧墙门立柱横截面、端墙横截面、组成底架的各零部件的横截面设计图；其中所述车体的横截面为侧墙、车顶和底板三者围成的断面；所述车体的侧墙、所述车体的车顶、所述车体的底板、所述侧墙门立柱、所述端墙和所述组成底架的各零部件一者或者几者或者全部均为中空型材；
自动获取组成各横截面的每一个型材的断面轮廓线，并将每个横截面的各型材的断面轮廓线形成封闭曲线，然后根据形成该横截面的各所述封闭曲线获取组成横截面所有型材的中线及所述中线相应位置所对应的壁厚信息；
将形成同一个横截面中的所有中线形成的二维图进行有限元网格划分，然后将划分为有限元网格的二维图沿其长度方向拉伸形成车体壳网格模型、侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型；并根据至少包括车门、车窗在内零部件的安装区域的位置信息删除所述车体壳网格模型中的部分网格；
根据位置参数将所述侧墙门立柱壳网格模型、端墙壳网格模型以及组成底架的各零部件壳网格模型与删除部分网格的车体壳网格模型连结融合以获得车体结构的有限元模型。


2.如权利要求1所述的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，各所述型材的中线通过以下方式获取：以预定间距在每一条断面轮廓线取一系列给定点，过每个所述给定点作该断面轮廓线的垂线，寻找该条垂线与其他断面轮廓线的所有交点中与该给定点距离最小的交点，确定所述距离最小的交点与相应给定点二者的中点；
所有中点依次连接形成该型材的中线。


3.如权利要求2所述的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，相邻中点之间中线段的壁厚信息通过以下方法获得：相邻中点和与其相应给定点之间距离平均值的两倍。


4.如权利要求2所述的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，相邻中点通过直线段连接，如果相邻直线段的斜率差值和壁厚差值均分别小于预定斜率控制阈值和预定厚度阈值时，则将相邻的两直线段合并为一条直线段，其厚度取为壁厚的平均值。


5.如权利要求1所述的中空型材形成的车体结构有限元建模仿真方法，其特征在于，各所述划分为有限元网格的二维图通过以下方法拉伸形成壳网格模型：沿垂直于横截面的方向，向将所述划分为有限元网格的二维图拉伸预定长度形成壳单元，然后再相接排列N个所述壳单元。


6.如权利要求1所述的中空型材形成的车体结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冉，孙维光，李宁，赵子豪，王晖，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37