一种拖车钩堵盖开启仿真方法、系统、设备及存储介质与流程

本技术涉及汽车外饰件设计，具体涉及一种拖车钩堵盖开启仿真方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、拖车钩堵盖是汽车外饰件中的重要组成部分，通常安装在车辆前后保险杠的拖车钩接口处，拖车钩堵盖的开启力设计成为影响用户体验的关键因素之一。开启力过大，会导致用户操作费力，尤其是在低温环境下塑料件变脆变硬时，可能出现无法开启的情况；开启力过小，则可能导致车辆在行驶过程中因振动而导致拖车钩堵盖意外开启或脱落，存在安全隐患。

2、现有的拖车钩堵盖设计方法主要依赖设计师的经验公式或简单的力学平衡计算（如力矩平衡公式），然而存在以下缺陷：

3、（1）经验公式通常将拖车钩堵盖视为刚体，忽略了塑料材料在受力过程中的弹性变形和塑性变形，导致计算结果与实际工况偏差较大；其次，传统的验证方式需要经过“设计-开模-试模-测试-修模”的漫长周期，一旦实物测试发现开启力不达标或卡脚断裂，需要修改模具，这不仅增加了研发成本，还严重拖延了项目开发进度；最后，现有方法缺乏对关键结构参数（如卡接量、卡接角度、悬臂长度、旋转轴位置等）与开启力及应力之间定量关系的深入分析，难以在设计初期就确定最优参数组合。

4、（2）现有的仿真分析方法在处理此类带有卡扣和旋转结构的零件时，边界条件的设置往往过于简化。例如，对于卡脚与对手件的接触关系，常采用绑定约束或简单的摩擦接触，无法准确模拟卡脚在开启过程中的滑动脱出行为；对于旋转轴，常建立真实的轴零件模型，导致接触收敛困难，计算效率低下。

技术实现思路

1、本技术提供一种拖车钩堵盖开启仿真方法、系统、设备及存储介质，可以解决现有技术中存在的拖车钩堵盖开启力设计依赖经验公式导致预测精度低，且其仿真方法边界条件设置简化导致难以有效准确模拟卡脚滑动脱出与旋转运动的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种拖车钩堵盖开启仿真方法，其包括：

3、建立包含拖车钩堵盖及其配合的对手件的有限元模型；

4、设定边界约束条件，并对所述对手件施加固定约束，然后在所述有限元模型上施加模拟开启操作的载荷；其中，所述边界约束条件包括：设置所述拖车钩堵盖和对手件的接触部位允许法向分离，并允许切向相对滑动，以及将所述拖车钩堵盖的转动部位限定为绕其轴线转动；

5、执行有限元计算，并根据计算结果获取所述拖车钩堵盖的开启力及应力变形数据；将所述开启力与预设目标值进行比较，若所述开启力不满足所述预设目标值，则调整拖车钩堵盖的设计参数并重新执行有限元计算，直至开启力满足预设目标值。

6、优选的，建立包含拖车钩堵盖及其配合的对手件的有限元模型，具体包括：

7、获取拖车钩堵盖及其对手件的三维几何数据，并分别采用实体单元或壳单元进行网格离散，生成初始有限元模型；

8、将所述初始有限元模型划分为关键应力区域和非关键传力区域；所述关键应力区域至少包括所述拖车钩堵盖的卡脚根部及与所述对手件的接触配合区域；

9、对所述关键应力区域赋予第一单元密度等级，对所述非关键区域赋予第二单元密度等级，且所述第一密度等级的单元平均尺寸小于所述第二密度等级；

10、将所述初始有限元模型的节点位置与所述三维几何数据的表面进行映射拟合，并设定节点与几何面之间的法向贴合公差阈值，以使所述关键应力区域的几何偏差收敛于该阈值之内。

11、优选的，所述关键应力区域的网格尺寸为0.3mm～1.0mm，所述节点与几何面之间的法向贴合公差阈值不大于0.03mm；

12、所述有限元模型被赋予有材料属性，其中所述拖车钩堵盖对应塑料材质，所述对手件对应刚体材质或金属材质。

13、优选的，所述塑料材质为聚丙烯类改性材料，且其弹性模量为1400mpa～2200mpa。

14、优选的，限制所述拖车钩堵盖和所述对手件的接触部位的法向分离，并允许切向相对滑动的具体实现方式为：

15、将所述拖车钩堵盖的卡脚卡接面与所述对手件的安装面之间建立接触对，并赋予所述接触对以滑动接触属性；其中，所述卡脚卡接面被约束为沿所述对手件卡接处的面切向滑动，且两者在法向方向上允许产生相对位移。

16、优选的，将所述拖车钩堵盖的转动部位限定为绕其轴线转动的具体步骤包括：

17、在所述拖车钩堵盖的设计旋转中心处创建参考点，并将该参考点与所述拖车钩堵盖的拖车钩堵盖背部安装孔内表面建立耦合约束；

18、限制该参考点的除绕轴线旋转自由度以外的其余五个自由度，以形成仅保留一个旋转自由度的单自由度约束。

19、优选的，将所述参考点与所述拖车钩堵盖的拖车钩堵盖背部安装孔内表面建立耦合约束之前，还包括：

20、将所述拖车钩堵盖旋转轴特征所对应的两处圆柱面合并为一处虚拟旋转轴特征；

21、以所述虚拟旋转轴特征为基准，在所述设计旋转中心处创建所述参考点，并建立所述参考点与所述虚拟旋转轴特征之间的运动学耦合关系。

22、优选的，在所述有限元模型上施加模拟开启操作的载荷，具体包括：

23、基于所述拖车钩堵盖的投影正视图，界定手指按压区域；

24、将所述手指按压区域映射至有限元模型表面，并在映射后的区域内施加垂直向下的位移载荷或力载荷，同时设定载荷作用面积以模拟真实手指接触效果。

25、优选的，调整拖车钩堵盖的设计参数，具体包括：

26、根据所述计算结果，确定当前开启力与所述预设目标值的偏差方向及偏差量；

27、基于所述偏差方向及偏差量，并结合所述计算结果中的应力分布云图和变形状态，从拖车钩堵盖的结构参数和旋转轴布置位置中选定待调整参数及其调整方向；

28、按照所述调整方向修改所述待调整参数的数值，并以修改后的参数值更新所述有限元模型，用于重新执行有限元计算。

29、优选的，所述设计参数包括结构参数和布置位置；

30、调整拖车钩堵盖的设计参数，具体包括：

31、所述结构参数包括卡接量、卡接角度及悬臂长度；所述布置位置通过旋转轴位置比表征；

32、所述卡接量为拖车钩堵盖在完全闭合状态下，卡脚钩子内侧端面与对手件卡止面之间的重叠距离；所述卡接角度定义为卡脚钩子锁止面与垂直于解锁运动方向的平面之间的夹角；所述悬臂长度定义为从卡脚根部到卡脚钩子顶端的直线距离；

33、所述旋转轴位置比定义为卡接点到旋转中心的距离与拖车钩堵盖受力点到旋转中心的总力臂长度的比值。

34、优选的，基于所述偏差方向及偏差量，并结合所述计算结果中的应力分布云图和变形状态，从所述结构参数和旋转轴布置位置中选定待调整参数及其调整方向，具体包括：

35、当所述开启力大于预设目标值且所述卡脚根部应力超过材料屈服强度时，选定减小所述卡接量和/或减小所述卡接角度为所述待调整参数，并将减小对应参数确定为所述调整方向；

36、当所述开启力大于预设目标值且所述卡脚钩子处变形量超过预设变形阈值时，选定增大所述悬臂长度为所述待调整参数，并将增大所述悬臂长度确定为所述调整方向；

37、当所述开启力小于预设目标值且所述卡脚根部应力低于材料屈服强度的设定比例时，选定增大所述卡接量和/或增大所述卡接角度为所述待调整参数，并将增大对应参数确定为所述调整方向；

38、当所述开启力小于预设目标值且所述卡脚钩子处变形量低于预设变形阈值的设定比例时，选定减小所述悬臂长度为所述待调整参数，并将减小所述悬臂长度确定为所述调整方向。

39、优选的，基于所述偏差方向及偏差量，并结合所述计算结果中的应力分布云图和变形状态，从所述结构参数和旋转轴布置位置中选定待调整参数及其调整方向，还包括：

40、当根据所述应力分布云图判定旋转轴附近区域存在应力集中，且所述开启力与所述预设目标值的偏差量超出预设偏差阈值时，选定所述旋转轴位置比为所述待调整参数；

41、当所述开启力大于预设目标值时，将减小旋转轴位置比确定为调整方向；当所述开启力小于所述预设目标值时，将增大旋转轴位置比确定为调整方向。

42、第二方面，本技术提供了一种拖车钩堵盖开启仿真系统，其包括：

43、模型构建模块，其用于建立包含拖车钩堵盖及其配合的对手件的有限元模型；

44、边界设定模块，其用于设定边界约束条件，并对所述对手件施加固定约束；其中，所述边界约束条件包括设置所述拖车钩堵盖和对手件的接触部位法向分离并允许切向相对滑动的滑动约束，以及将所述拖车钩堵盖的转动部位限定为绕其轴线转动的单自由度约束；

45、载荷施加模块，用于在所述有限元模型上施加模拟开启操作的载荷；

46、仿真计算模块，用于执行有限元计算，并根据计算结果获取所述拖车钩堵盖的开启力；

47、参数优化模块，用于将所述开启力与预设目标值进行比较，若所述开启力不满足所述预设目标值，则调整拖车钩堵盖的设计参数并重新执行有限元计算，直至开启力满足预设目标值。

48、第三方面，本技术提供了一种拖车钩堵盖开启仿真设备，所述拖车钩堵盖开启仿真设备包括处理器、存储器、以及存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的拖车钩堵盖开启仿真程序，其中所述拖车钩堵盖开启仿真程序被所述处理器执行时，实现拖车钩堵盖开启仿真方法的步骤。

49、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有拖车钩堵盖开启仿真程序，其中所述拖车钩堵盖开启仿真程序被处理器执行时，实现拖车钩堵盖开启仿真方法的步骤。

50、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

51、通过建立包含对手件的有限元模型并赋予材料物理属性，克服了现有技术依赖经验公式将拖车钩堵盖视为刚体而忽略材料变形的缺陷，显著提升了开启力预测精度。针对边界条件简化导致运动模拟失真问题，限定接触部位法向分离，并允许切向相对滑动，精确还原了卡脚沿斜面滑动脱出的物理机制，确保了开启力峰值提取准确性；同时规定转动部位仅可绕其轴线转动，以单自由度约束替代复杂轴接触，既保证了旋转运动真实性又避免了计算不收敛。同时，通过开启力不满足目标值则调整参数重新计算的迭代步骤，从而建立了基于仿真反馈的高效闭环优化流程，进而实现了设计参数的快速自动寻优。此外，上述特征整体协同形成完整技术方案，不仅解决了仿真精度低和运动模拟不准的技术问题，还大幅降低了实物试错成本，确保产品设计可靠性与有效性，显著有效解决本技术所指出的技术问题，并为汽车外饰件设计提供了高精度、低成本的可靠仿真解决方案。