一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法，包括依据车身及闭合件几何数据输入，分别建立流体模型及固体模型；在流体侧，采用有限体积法，结合多相流仿真方法及重叠网格技术建立流体的计算域、定义车身的电泳运动、完成计算模型设置；完成流体模型搭建及定义后，进行数据映射及输出设置，将流体载荷映射至固体模型；在固体侧方面，结合有限单元法进行车身在电泳载荷及重力载荷下的结构力学非线性仿真，验证白车身及开闭件塑性变形情况。本发明专利技术完成整套电泳过程车身结构变形仿真方法的归纳，并规范为固定的流程，填补了电泳过程车身结构变形这一流固耦合问题的技术空白，为结构设计优化及生产制造工艺优化提供强有力的支持。提供强有力的支持。提供强有力的支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法


[0001]本专利技术属于电泳涂装
，具体涉及一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法。

技术介绍

[0002]汽车车身涂装是指将涂料涂覆盖在经过处理的基底表面上，经干燥成膜的工艺。电泳涂装是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法，该方法具有低污染、省能源、省资源、起保护作用和防腐蚀性的特点。电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点，电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。电泳涂装工艺一般由涂装前预处理、电泳涂装、电泳后清洗、电泳涂膜的烘干等多道工艺组成，如图1所示。为提高电泳质量和生产节拍，新型翻转线、穿梭机等电泳线逐步被采用，而与之带来的是白车身闭合件的变形、生产过程中车身倾斜和运动装置的脱钩等现象在电泳过程中时有发生。
[0003]当前，对电泳过程车身结构变形仿真方法研究尚处于起步阶段，未有全面系统的流程与试验对比作为支撑。ESS工程软件斯太尔有限公司提出了一种基于有限差分法对工业EPD涂层过程进行准确有效的模拟方法。纽伦堡爱尔兰根亚历山大大学的Dom inik Bartuschat介绍了一种用于微流控电泳大规模并行直接数值模拟的耦合算法，这种多物理算法采用了流体和离子的欧拉描述，结合了移动带电粒子的拉格朗日表示。卡尔斯鲁厄理工学院用数值方法证明了分段式对电极在不同电位差下可以有效地减少涂层材料的用量，将现有的模型扩展到三维空间中的任意非平面几何。上汽通用五菱汽车股份有限公司应用电泳仿真CAE技术对车身电泳膜厚进行了仿真分析，提升了产品的强度和防腐性能。
[0004]传统结构强度设计主要考虑整车的碰撞、强度、模态和刚度等参数，并未充分考虑白车身在各大工艺过程的应力应变累积情况。而白车身在冲压、焊接工艺设计时，充分考虑了材料、模具、夹具等因素的影响，白车身焊接总成整体变形量不大。而当焊接总成进过涂装生产线，由冲压、焊接引入的残余应力、电泳泳池中的流体压力积累的塑形变形、烘烤引入的材料应力释放、热应力变形等因素，造成最终总装时，部分车身结构面差较大，无法顺利装配。
[0005]现有技术公开了一种基于流固耦合的列车穿越风下线路振动响应计算方法，通过搭建高速列车运动的瞬态模型，计算高速列车周围的流场变化，并采用流固耦合方法，将变化的风场作为激励施加到输电线路上，最终计算得到高铁穿越风下输电线路的振动响应。现有技术还公开了一种基于流固耦合的汽车气动特性，车身结构振动与气流之间耦合作用带来的影响，以1/4标准MIRA模型为研究对象，通过双向显式流固耦合仿真方法将流固耦合效应引入到数值计算中，得到不同工况下的气动力、表面压力、振动频率以及车身姿态角等数据，分析与传统仿真方法在计算结果上的差异，再利用风洞测试技术验证仿真结果的准确性。上述现有技术是以固体
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气体为主要研究对象，对高速列车在风场作用下的振动响应或车身结构与气流之间耦合作用带来的性能影响进行分析，不能获电泳过程车身结构变
形。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法，以解决电泳过程车身结构变形的流固耦合问题。本专利技术通过VOF有限体积法考虑气
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液
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固三相的交互作用，采用重叠网格法进行流体侧仿真分析，通过单向耦合法将流体载荷映射至固体侧计算激励下各离散单元非线性位移响应，从而获取钣金残余变形。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法，包括以下步骤：
[0009]依据车身及闭合件几何数据输入，分别建立流体模型及固体模型；在流体侧，采用有限体积法，结合多相流仿真方法及重叠网格技术建立流体的计算域、定义车身的电泳运动、完成计算模型设置；完成流体模型搭建及定义后，进行数据映射及输出设置，将流体载荷映射至固体模型；在固体侧方面，结合有限单元法进行车身在电泳载荷及重力载荷下的结构力学非线性仿真，验证白车身及开闭件塑性变形情况。
[0010]具体包括以下步骤：
[0011]A、调整数据模型至电泳状态，并确保CAD模型及CAE模型坐标一致，两者完全重合；
[0012]B、进行运动的描述，根据导轨的中间轨迹线制作轨迹坐标，将点B选为轨迹线的起点，时间步长设为0.1s，白车身运动切向速度为2.97m/min，计算得到单个时间步长移动距离为4.95mm，通过轨迹线生成间距小于4.95mm的坐标点得到运动轨迹坐标，C点及D点的运动轨迹坐标通过A点及B点运动轨迹坐标平移所得；
[0013]C、基于电泳车间的CATIA模型建立流体计算模型，以电泳车间最大内部空间建立流体计算模型的计算域，在入口和出口处做适当延伸；将建立好的电泳车间计算域划分网格并导出；
[0014]D、白车身及夹具的建模采用整体包面和局部细化的网格策略，将调整好相对关系的白车身与夹具模型导入模型进行面网格划分；
[0015]E、计算域包括电泳水槽及车间组成的全局计算域和白车身及周围流体区域组成的局部计算域，其中全局计算域包括电泳水槽、车间、入口、出口及出入口延长段，给全局计算域和局部计算域赋予合适的边界条件；
[0016]F、设置重叠，同时选取全局计算域和局部计算域，生成Overset界面，设置为线性插值；
[0017]G、设置所需物理模型；
[0018]H、导入CAE模型，检查映射数据表面法向，分别显示导入CAE模型表面和对应流体模型表面的法向，数据映射，压力载荷导出及自动输出载荷；
[0019]I、将映射数据结果进行整合转换，将各时间各节点载荷转换导出各单元时间
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载荷曲线及加载设置；
[0020]J、设置固体侧有限元模型，附加非线性材料属性，施加流体压力载荷及重力场载荷进行计算。
[0021]进一步地，步骤A，通过定义运动轨迹、切向速度和转动约束来进行运动的描述。
[0022]进一步地，步骤C，网格尺寸256mm。
[0023]进一步地，步骤E，建立合适大小的长方体区域包围车身及辅具形成局部计算域。
[0024]进一步地，步骤F，体网格参数设置，划分计算域体网格，总体网格数量为2000万。
[0025]进一步地，步骤G，具体包括以下步骤：
[0026]G1、定义自适应网格加密；
[0027]G2、添加欧拉多相属性，添加液体和气体相；
[0028]G3、创建液面高度，通过field function设置液面高度定位点为[0.0,0.0,
‑
0.226384]m，页面高度为地面下250mm；
[0029]G4、设置初始条件与边界条件；
[0030]G5、设置运动轨迹；
[0031]G6、设置时间步长0.1s，总时长800s。
[0032]与现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：依据车身及闭合件几何数据输入，分别建立流体模型及固体模型；在流体侧，采用有限体积法，结合多相流仿真方法及重叠网格技术建立流体的计算域、定义车身的电泳运动、完成计算模型设置；完成流体模型搭建及定义后，进行数据映射及输出设置，将流体载荷映射至固体模型；在固体侧方面，结合有限单元法进行车身在电泳载荷及重力载荷下的结构力学非线性仿真，验证白车身及开闭件塑性变形情况。2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法，其特征在于，具体包括以下步骤：A、调整数据模型至电泳状态，并确保CAD模型及CAE模型坐标一致，两者完全重合；B、进行运动的描述，根据导轨的中间轨迹线制作轨迹坐标，将点B选为轨迹线的起点，时间步长设为0.1s，白车身运动切向速度为2.97m/min，计算得到单个时间步长移动距离为4.95mm，通过轨迹线生成间距小于4.95mm的坐标点得到运动轨迹坐标，C点及D点的运动轨迹坐标通过A点及B点运动轨迹坐标平移所得；C、基于电泳车间的CATIA模型建立流体计算模型，以电泳车间最大内部空间建立流体计算模型的计算域，在入口和出口处做适当延伸；将建立好的电泳车间计算域划分网格并导出；D、白车身及夹具的建模采用整体包面和局部细化的网格策略，将调整好相对关系的白车身与夹具模型导入模型进行面网格划分；E、计算域包括电泳水槽及车间组成的全局计算域和白车身及周围流体区域组成的局部计算域，其中全局计算域包括电泳水槽、车间、入口、出口及出入口延长段，给全局计算域和局部计算域赋予合适的边界条件；F、设置重叠，同时选取全局计算域...

【专利技术属性】
技术研发人员：于保君，李鼎，刘创举，高猛，赵梓淇，徐传广，曹正林，朱学武，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：