一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法及系统，包括：建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作；对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件；基于结果文件提取各焊点数据并进行简化结构应力范围计算；基于计算的简化结构应力范围、材料主S

【技术实现步骤摘要】
一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法及系统


[0001]本专利技术属于仿真分析技术
，具体涉及一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在车体的设计研发过程中，需要对车体上的点焊结构进行疲劳分析。典型车体通常有上万个焊点，使用数值仿真对其建模和准确预测疲劳寿命是困难和耗时巨大的，同时车体焊点数量多且排布复杂也使仿真可视化后处理有很大难度。
[0004]另外，由于点焊结构的特殊性，目前国内外都没有统一的点焊结构疲劳评价标准，各主机厂只能在车体设计阶段根据材料、板厚以及焊核直径等组合方式各自按照试验标准进行有限的疲劳测试数据并应用，无法形成规范的行业标准。
[0005]为了解决上述问题，现有技术中存在的方法包括：基于等效结构应力法对车体点焊结构进行疲劳分析，但是这种方法具有如下缺点：使用等效结构应力法分析时，点焊结构建模形成伞状结构，模型十分复杂，如果数万个焊点都采用此方法建模会使得整车模型过于庞大，将大幅度增加计算时间与设计时间成本。同时等效结构应力法原理十分复杂，不易将该方法编写成计算软件。
[0006]另外，还存在的方法是：基于载荷
‑
寿命法对车体点焊结构进行疲劳分析，在后处理阶段利用二次开发技术输出了焊点利用率云图，实现了初步计算结果可视化的目标。但是这种方法具有如下缺点：使用载荷
‑
寿命法进行疲劳分析十分依赖疲劳试验数据，需要大量数据支撑，而每一次疲劳试验动辄百万、千万次循环，再加上不同板厚、不同焊核直径的组合也十分众多，这就使得主机厂只能做有限的疲劳试验从而很大程度影响疲劳分析的准确性。数据少也会导致后续设计师在结构优化过程中只能被动根据已有的疲劳试验数据进行优化，大大限制了可优化的范围。同时从理论上讲载荷
‑
寿命法只是简单地通过判断焊点的最小剪切力是否小于疲劳试验得出的最小剪切力来评价焊点疲劳强度，这样是不够严谨的，因为影响点焊结构疲劳强度的力学因素远不止于此，因此该方法无法形成有说服力的统一的疲劳强度评价标准。同时其可视化处理也较为简单，只是简单地输出焊点利用率云图，并没有直接计算并输出焊点疲劳寿命及累积损伤等直接、关键的结果数据。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，本专利技术能大大缩短仿真计算时间。
[0008]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]第一方面，公开了一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，包括：
[0010]建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作；
[0011]对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件；
[0012]基于结果文件提取各焊点数据并进行简化结构应力范围计算；
[0013]基于计算的简化结构应力范围、材料主S
‑
N曲线，加载疲劳载荷谱，计算疲劳寿命数据，评估车体焊点疲劳程度；
[0014]将计算结果以可视化方式输出。
[0015]作为进一步的技术方案，建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作，具体为：
[0016]对车体模型进行抽取中面和清理多余倒角操作，为后续网格划分建立条件；
[0017]对模型中的车体进行自动网格划分同时根据网格节点一一对应原则进行焊点自动建立；
[0018]之后通过读取车体结构部件的几何厚度信息和材料信息，判断该部件所属的子系统，按照标准格式对其进行命名；
[0019]批量建立不同焊核直径的焊点，定义危险焊点；
[0020]最后将车体模型分别输出有限元.cdb文件与记录焊点信息的.inp文件，前处理阶段结束。
[0021]作为进一步的技术方案，对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件，包括：
[0022]将车体有限元模型的cdb文件导入至软件中进行求解计算，计算完成后自动生成有限元结果文件。
[0023]作为进一步的技术方案，基于结果文件提取各焊点数据：提取出点焊结构对应节点与单元编号信息，进而利用简化结构应力计算程序提取出车体点焊结构的节点力与节点力矩，之后基于简化结构应力方法对其进行结构应力范围值计算。
[0024]作为进一步的技术方案，进行简化结构应力范围计算，具体包括：
[0025]假定板内的力均匀作用于焊缝边缘的一半，计算在焊核边缘处的最大膜结构应力；
[0026]计算弯曲应力，即可使用弯矩的最大分量；
[0027]计算最大通常结构应力；
[0028]计算板内焊核边缘的平面内的和横向的抗剪结构应力的膜分量，其中，板内焊核边缘的平面内的抗剪结构应力的膜分量通过扭转力矩计算得到；横向抗剪应力的膜分量可用F
z
和M进行计算；
[0029]定义结构应力范围、简化平面内抗剪应力范围和简化横向剪切应力范围；
[0030]基于结构应力范围、简化平面内抗剪应力范围和简化横向剪切应力范围得到最终简化结构应力范围。
[0031]作为进一步的技术方案，所述评估车体焊点疲劳程度，具体为：
[0032]在对点焊结构的简化结构应力范围值进行求解后，利用钢材主S
‑
N曲线进行疲劳寿命预测，最后根据Miner线性累计疲劳损伤理论进行点焊结构的累计疲劳损伤比计算，若累计损伤比小于1则认为该处点焊结构的疲劳寿命符合设计要求。
[0033]作为进一步的技术方案，将计算结果以可视化方式输出，包括：
[0034]从结果文件中构建车体的有限元网格模型，在图形库中对其进行重现；
[0035]之后根据inp文件与rst文件中的网格信息来将原本的单元编号、节点编号以及坐标信息对应到有限元网格模型中；
[0036]之后将所定义有限元网格的顶点按照疲劳分析数据进行涂色处理，接着利用插值法对各个顶点的颜色进行插值计算，得出网格内任意点的颜色RGBA值，从而使得单元格内部平滑着色，最后输出彩色云图；
[0037]将点焊结构的简化结构应力范围值、疲劳寿命次数、疲劳累计损伤值以云图的方式绘制在可视化有限元模型上；
[0038]运用“化点为线”的焊点疲劳数据可视化方法，输出所评估焊点的应力—沿起始焊点距离图。
[0039]第二方面，公开了一种车体焊点疲劳快速评估可视化系统，包括：
[0040]模型建立模块，被配置为：建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作；
[0041]求解模块，被配置为：对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件；
[0042]计算模块，被配置为：基于结果文件提取各焊点数据并进行简化结构应力范围计算；
[0043]评估模块，被配置为：基于计算的简化结构应力范围、材料主S
‑
N曲线，加载疲劳载荷谱，计算疲劳寿命数据，评估车体焊点疲劳程度；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，其特征是，包括：建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作；对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件；基于结果文件提取各焊点数据并进行简化结构应力范围计算；基于计算的简化结构应力范围、材料主S
‑
N曲线，加载疲劳载荷谱，计算疲劳寿命数据，评估车体焊点疲劳程度；将计算结果以可视化方式输出。2.如权利要求1所述的一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，其特征是，建立点焊结构有限元模型，针对该模型进行前处理操作，具体为：对车体模型进行抽取中面和清理多余倒角操作，为后续网格划分建立条件；对模型中的车体进行自动网格划分同时根据网格节点一一对应原则进行焊点自动建立；之后通过读取车体结构部件的几何厚度信息和材料信息，判断该部件所属的子系统，按照标准格式对其进行命名；批量建立不同焊核直径的焊点，定义危险焊点；最后将车体模型分别输出有限元.cdb文件与记录焊点信息的.inp文件，前处理阶段结束。3.如权利要求1所述的一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，其特征是，对前处理操作后的模型进行有限元求解，得到结果文件，包括：将车体有限元模型的cdb文件导入至软件中进行求解计算，计算完成后自动生成有限元结果文件。4.如权利要求1所述的一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，其特征是，基于结果文件提取各焊点数据：提取出点焊结构对应节点与单元编号信息，进而利用简化结构应力计算程序提取出车体点焊结构的节点力与节点力矩，之后基于简化结构应力方法对其进行结构应力范围值计算。5.如权利要求1所述的一种车体焊点疲劳快速评估可视化方法，其特征是，进行简化结构应力范围计算，具体包括：假定板内的力均匀作用于焊缝边缘的一半，计算在焊核边缘处的最大膜结构应力；计算弯曲应力，即可使用弯矩的最大分量；计算最大通常结构应力；计算板内焊核边缘的平面内的和横向的抗剪结构应力的膜分量，其中，板内焊核边缘的平面内的抗剪结构应力的膜分量通过扭转力矩计算得到；横向抗剪应力的膜分量可用F
z
和M进行计算；定义结构应力范围、简化平面内抗剪应力范围和简化横向剪切应力范围；基于结构应力范围、简化平面内抗剪应力范围和...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁伟，陈贝，王栋，刘淙元，
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：