一种用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法与流程

1.本发明涉及汽车悬挂衬套领域，特别涉及一种用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法。


背景技术：

2.双插臂悬挂衬套是汽车悬挂系统中重要的减震降噪零件，其结构的直接影响到悬挂系统的功能实现。有限元分析是优化设计此类衬套的一种有效方法，其中有限元建模是整个分析的基础。但双插臂悬挂衬套中的主簧橡胶件与金属外管之间存在初始过盈的问题，这会导致后续分析出现错误的问题。
3.因此，现在需要一种能够解决上述问题的用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种简洁高效的用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法，所述悬挂衬套包括主簧橡胶件、第一流道板、第二流道板、金属骨架及金属外管；所述有限元建模方法包括以下步骤：
7.划分所述主簧橡胶件、第一流道板、第二流道板、金属骨架及金属外管的网格；
8.修改所述主簧橡胶件和所述金属外管的过盈区域的网格；
9.创建分析步，将修改后的所述金属外管的网格复位并加载。
10.进一步地，所述悬挂衬套还包括第一限位橡胶件和第二限位橡胶件；
11.所述有限元建模方法还包括划分所述第一限位橡胶件和第二限位橡胶件的网格。
12.进一步地，所述有限元建模方法还包括：
13.将所述主簧橡胶件的网格与所述第一限位橡胶件的网格、第二限位橡胶网格件的网格分别通过节点集合连接。
14.进一步地，所述分析步包括第一分析步，在所述第一分析步下，将所述过盈区域中金属外管的网格沿圆周方向复位。
15.进一步地，所述分析步还包括第二分析步，在所述第二分析步下，将预设位移施加在所述节点集合处。
16.进一步地，所述修改所述主簧橡胶件和所述金属外管的过盈区域的网格还包括建立圆柱坐标系，在所述圆柱坐标系下将所述过盈区域内节点沿着径向向外侧移动，直至所述主簧橡胶件和金属外管处于相互不干涉的状态。
17.进一步地，所述主簧橡胶件、所述第一限位橡胶件及所述第二限位橡胶件的网格均为高阶四面体单元。
18.进一步地，所述第一流道板和所述第二流道板的网格为二维低阶单元。
19.进一步地，所述金属骨架和所述金属外管的网格均为低阶六面体单元。
20.进一步地，所述主簧橡胶件的网格和所述金属骨架的网格在接触面上的节点存在一一对应关系；或者，
21.所述主簧橡胶件的网格和所述金属骨架的网格之间的接触面为tie连接。
22.本发明具有的优点：在分析开始之前将金属外管的网格和主簧橡胶件的网格之间的干涉进行排除，有效防止分析过程中因为初始干涉而导致的分析报错中止或者分析结果错误的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例的一个示例性实施例提供的节点集合图；
25.图2是本发明实施例的一个示例性实施例提供的金属外管和主簧橡胶件处于初始过盈状态下的网格示意图；
26.图3是本发明实施例的一个示例性实施例提供的金属外管和主簧橡胶件处于互不干涉状态下的网格示意图。
27.其中，附图标记包括：1-主簧橡胶件，2-金属骨架，3-金属外管，41-第一流道板，42-第二流道板，51-第一限位橡胶件，52-第二限位橡胶件，6-节点集合。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
30.在本发明的一个实施例中，提供了一种用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法，如图1所示，所述悬挂衬套包括主簧橡胶件1、金属骨架2、金属外管3、第一流道板41、第二流道板42、第一限位橡胶件51以及第二限位橡胶件52。
31.所述有限元建模方法包括以下步骤：
32.首先，划分所述主簧橡胶件1、金属骨架2、金属外管3、第一流道板41、第二流道板
42、第一限位橡胶件51以及第二限位橡胶件52的网格。将所述主簧橡胶件1的网格与所述第一限位橡胶件51的网格、第二限位橡胶件52的网格分别通过节点集合6连接。
33.在本实施例中，由于限位橡胶件和主簧橡胶件1本来是和金属内管一体硫化的，但是金属内管刚度比较大，所以即如图1所示，用限位橡胶件(第一限位橡胶件51和第二限位橡胶件52)、主簧橡胶件1与金属内管接触的那部分的网格的节点即节点集合6直接代替金属内管，这样在主簧橡胶件1和限位橡胶件之间建立一个节点集合6，可以代替金属内管，减少网格划分工作，提高网格划分及计算效率。
34.其次，修改所述主簧橡胶件1和所述金属外管3的过盈区域的网格。具体地，通过建立圆柱坐标系，在所述圆柱坐标系下将所述过盈区域内节点沿着径向向外侧移动，直至所述主簧橡胶件1和所述金属外管3处于相互不干涉的状态，即先把网格的节点沿圆周方向移动至不存在干涉状态(如图3所示)，这样设置的好处在于能够解决所述金属外管3的网格和所述主簧橡胶件1的网格之间存在的初始过盈的问题(如图2所示)，在分析开始之前将金属外管3的网格和主簧橡胶件1的网格之间的干涉排除，可以防止分析过程中，因为初始干涉而导致的分析报错中止或者分析结果错误。
35.最后，创建分析步，将修改后的所述金属外管3的网格复位并加载。所述分析步包括第一分析步和第二分析步。在所述第一分析步下，先将所述过盈区域中金属外管3的网格沿圆周方向复位。在所述第二分析步下，将预设位移施加在所述节点集合6处，创建的预设位移直接加载在节点集合6上面，省去了金属内管的划分工作，也避免了创建参考的步骤。
36.需要说明的是，将修改后的网格再复位，是为了获得橡胶的正确位置和应力应变，因为干涉区域的橡胶在实际产品中是被挤压的，挤压装配后这里是没有干涉的，但是3d数模为了表示过盈，这里是干涉状态，修改网格再复位过程中对橡胶产生挤压，便可以得到橡胶的正确状态。
37.在本实施例中，网格模型建好之后创建两个分析步，在第一个分析步中只移动金属外管3被修改的那些网格，把这些被修改后的网格再沿着径向移动到初始位置即可，在金属外管3网格复位过程中，干涉区域的橡胶会被挤压到正确位置，可以获得正确的装配状态，采用此步可以解决模型初始过盈导致的网格干涉问题，而且通过缩放网格后再复位网格可以计算出过盈区域部件真实应力应变情况。在第二个分析步中将位移直接加载到节点集合6上面。
38.在本发明的一个实施例中，所述主簧橡胶件1、所述第一限位橡胶件51及所述第二限位橡胶件52的网格均为高阶四面体单元。主簧橡胶件1和限位橡胶件结构比较复杂，通过划分四面体单元可以提高网格划分效率，采用高阶单元可以提高分析精度。
39.在本发明的一个实施例中，所述第一流道板41和所述第二流道板42的网格为二维低阶单元。所述二维低阶单元为刚体约束，同时，所述第一流道板41和所述第二流道板42不是分析的对象，采用二维低阶单元并将二维低阶单元做刚体约束可以极大地减少计算量，提高计算效率。
40.在本发明的一个实施例中，所述金属骨架2的网格为低阶六面体单元或高阶四面体单元。所述金属骨架2的结构相对简单，在将所述金属骨架2划分为六面体单元和四面体单元的工作量相差不多的条件下，本实施例优选所述金属骨架2的网格为低阶六面体单元，以获得更高的计算效率。
41.在本发明的一个实施例中，所述金属外管3的网格为低阶六面体单元或高阶四面体单元。所述金属外管3结构相对简单，在将所述金属外管3划分为六面体单元和四面体单元的工作量相差不多的条件下，本实施例优选所述金属外管3的网格为低阶六面体单元，以获得更高的计算效率。
42.在本发明的一个实施例中，所述主簧橡胶件1的网格和所述金属骨架2的网格在接触面上的节点存在一一对应关系。通过设置节点一一对应的关系可以提高分析过程中接触的稳定性，避免因接触导致不收敛，影响结果。
43.在本发明的一个实施例中，所述主簧橡胶件1的网格和所述金属骨架2的网格之间的接触面为tie连接。通过tie连接可以实现应力应变的正确传递，以解决所述主簧橡胶件1的网格和所述金属骨架2的网格为不同类型的网格单元的问题。
44.本发明提供的一种用于汽车双插臂悬挂衬套的有限元建模方法，建模时混合使用了二维网格、三维网格，三维网格中混合使用了四面体单元和六面体单元，不仅提高了复杂模型的建模和计算效率，同时解决了模型初始过盈问题。
45.上述本发明实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
46.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。