提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及汽车零部件的仿真分析技术领域，具体涉及提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.随着节能降耗和环保的新要求，汽车轻量化越来越受到重视，以玻纤增强材料替代金属材料作为车身结构件成为趋势。此类零件一般采用加玻纤的pp材料，具有强度高、耐冲击、耐候性好等优点，但目前玻纤增强类零件进行仿真分析的精度往往不高，分析原因，其一为部分零件结构较为复杂，加强筋部分广泛，且不同区域分布有差异。不当的网格尺寸将导致分析精度不足，以及分析效率较差等问题。其二为受玻纤分布的取向效应的影响，材料参数存在较强的取向差异，不同方向的参数如拉伸模量等，存在较大的差异，而分析软件材料的输入值显然不足以完全代表真实材料属性。
3.cn106250648a公开了一种针对玻纤增强材料并基于abaqus和moldflow联合仿真的结构分析方法，该方法将在流模软件moldflow计算得到的纤维分布情况以及方向信息通过运行脚本文件直接导入到abaqus的网格信息中。只要保持与流模分析时的几何模型一致，研究人员可以根据自己的需求利用几何模型重新划分网格，映射完纤维方向后研究人员可以根据试验数据赋材料属性。在abaqus中完成模型边界条件施加和场变量、时间输出的定义后就可以提交job进行计算。此种方法联合了abaqus和moldflow两种软件进行模流分析和结构分析，可以适用复杂模型和复杂工况。相较之前的方法，此种方法更加灵活，它可以不借助第三方软件，适用流模分析的网格与结构分析的网格不一致情况的同时，还可以满足研究人员对材料自定义的要求。但是产品注塑成型过程较为复杂，受注塑温度、速度、压力、时间等的影响，产品实际材料参数与上述专利映射的数据存在一定的误差，且难以纠正。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法、装置及存储介质，其通过关键参数的修正，使得仿真结果更接近实际测试结果，提高仿真模拟精度。
5.本发明所述的提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法，其包括如下步骤：
6.s1，依据实际零件的三维数据构建有限元模型，进行网格划分，赋予材料属性；
7.s2，依据实际零件的工况施加边界条件和载荷，得到仿真分析模型；
8.s3，确定仿真分析模型中关键区域的网格尺寸取值范围和材料参数取值范围；
9.s4，根据网格尺寸取值范围和材料参数取值范围设计多因素多水平正交试验方案，进行仿真试验，输出仿真结果，建立回归模型；
10.s5，设置仿真结果的优化目标值，依据回归模型得到网格尺寸和材料参数的最优参数值组合，进行仿真模拟验证。
11.进一步，所述s3中仿真分析模型中关键区域的确定具体为：对距载荷加载点不同
距离的网格进行细化，采用求解器进行仿真计算，获取仿真结果并对仿真结果进行对比分析，以仿真结果变化区域作为关键区域。
12.进一步，所述仿真结果变化区域具体为：网格细化范围以载荷加载点为起点等间隔取值，仿真计算得到多组仿真结果，以仿真结果开始变化的距离点作为关键区域的起始点，以仿真结果停止变化的距离点作为关键区域的终止点；若相邻两个距离点的仿真结果比值≥设计阈值，则判定相邻两个距离的仿真结果产生变化；若相邻两个距离点的仿真结果比值＜设计阈值，则判定相邻两个距离的仿真结果没有变化。
13.进一步，所述网格尺寸取值范围依据实际零件特性进行确定。
14.进一步，所述关键区域的材料参数取值范围确定具体为：通过对实际零件进行材料试验，获取实际零件材料在不同方向上的材料参数，以不同方向上的材料参数中的最大值作为材料参数取值范围的上限值，以不同方向上的材料参数中的最小值作为材料参数取值范围的下限值；设计多因素多水平正交试验方案时，以材料参数取值范围的上限值和材料参数取值范围的下限值的平均数作为材料参数基础值m
初始
，引入变化系数α对材料参数的取值m进行限定，即m＝α
×m初始
，通过仿真优化，确定变化系数的最优值，得到材料参数最优取值。
15.进一步，所述s5中的仿真模拟验证具体为：采用得到的网格尺寸和材料参数的最优值修正仿真分析模型，进行仿真计算，得到仿真结果，将仿真结果与实际零件的测试结果进行对比，若两者误差在设计阈值以内，则判定满足仿真精度要求，反之判定不满足仿真精度要求。
16.进一步，所述s2中边界条件按照实际零件的装配情况实施约束；所述s2中施加载荷具体为：获取实际零件的载荷条件，在有限元模型中承受载荷处的部位建立刚性连接单元，选择有限元模型中承受载荷部位的网格节点作为从点，并在刚性连接单元中与从点耦合的主点上施加载荷。
17.进一步，所述s5中的仿真结果为变形量或应力分布。
18.一种提高玻纤注塑类零件仿真精度的装置，所述装置包括：
19.有限元建模单元，用于构建仿真分析模型；
20.正交试验单元，用于设计多因素多水平正交试验方案；
21.优化计算单元，用于设置仿真结果的优化目标值，依据回归模型得到网格尺寸和材料参数的最优参数值组合。
22.一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述的提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法。
23.本发明通过仿真分析确定影响仿真输出结果的关键区域，然后根据关键区域的网格尺寸取值范围和材料参数取值范围设计多因素多水平正交试验方案，进行仿真试验，输出仿真结果，建立回归模型，再设置仿真结果的优化目标值，依据回归模型得到网格尺寸和材料参数的最优参数值组合，通过关键参数的修正，使得仿真结果更接近实际测试结果，提高了仿真分析模型的模拟精度。本发明所述的提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法以及得到的最优参数值可以同样用于其他行业的同类型材料的零件上，具有适应性强、应用范围广的特点。
附图说明
24.图1是本发明所述提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法的流程示意图；
25.图2是仿真结果随距离点的变化曲线示意图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
28.参见图1，所示的提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法，其包括如下步骤：
29.s1，依据实际零件的三维数据构建有限元模型，进行网格划分，赋予材料属性。在本实施例中，所述实际零件为薄壳类零件，确定有限元模型网格为中性面网格，并依据零件的实际尺寸大小确定其网格单元类型和尺寸。所述材料属性通过查表或材料性能试验获取，常用的材料参数包括拉伸模量、泊松比、密度。
30.s2，依据实际零件的工况施加边界条件和载荷，边界条件按照实际零件的装配情况实施约束；施加载荷具体为：获取实际零件的载荷条件，在有限元模型中承受载荷处的部位建立刚性连接单元，选择有限元模型中承受载荷部位的网格节点作为从点，并在刚性连接单元中与从点耦合的主点上施加载荷，得到仿真分析模型；
31.s3，确定仿真分析模型中关键区域的网格尺寸取值范围和材料参数取值范围。关键区域的确定具体为：对距载荷加载点不同距离的网格进行细化，采用求解器进行仿真计算，获取仿真结果并对仿真结果进行对比分析，以仿真结果变化区域作为关键区域。
32.所述仿真结果变化区域具体为：网格细化范围以载荷加载点为起点等间隔取值，仿真计算得到多组仿真结果，以仿真结果开始变化的距离点作为关键区域的起始点，以仿真结果停止变化的距离点作为关键区域的终止点。需要说明的是，所述等间隔取值指的是：按特定间隔取网格细化的范围，例如：按5mm间隔取网格细化的范围，即距载荷加载点5mm、10mm、15mm
……
依次进行网格细化并进行仿真计算，得到不同距离点下的仿真结果。以仿真结果开始变化和停止变化的距离点分别作为关键区域的起始点和终止点。具体判定规则为：若相邻两个距离点的仿真结果比值≥设计阈值，则判定相邻两个距离的仿真结果产生变化；若相邻两个距离点的仿真结果比值＜设计阈值，则判定相邻两个距离的仿真结果没有变化。设计阈值根据实际材料特性和性能需求进行合理限定。
33.参见图2，即建立多组仿真结果的变化曲线，横坐标为距离点序号，纵坐标为仿真结果，当横坐标0～m时，相邻两个距离点的仿真结果比值＜设计阈值，例如第1个距离点的仿真结果y1与第2个距离点的仿真结果y2的比值＜设计阈值，判定两个距离点的仿真结果没有变化，即仿真结果基本持平，表明0～m这一区域对仿真结果影响较小，不作为关键区域。
34.当横坐标超过m后，随着距离的变化，相邻两个距离点的仿真结果比值＞设计阈
值，例如例如第m个距离点的仿真结果ym与第2个距离点的仿真结果y
m 1
的比值＞设计阈值，判定相邻两个距离的仿真结果产生变化，表明了这一区域对仿真结果影响较大，应当作为关键区域。
35.当横坐标超过n时，相邻两个距离点的仿真结果比值＜设计阈值，例如第n-1个距离点的仿真结果y
n-1
与第n个距离点的仿真结果yn的比值＜设计阈值，判定两个距离点的仿真结果没有变化，仿真结果基本持平，表明这一区域对仿真结果影响较小，不作为关键区域。即以距离点m～n的区域作为关键区域。
36.所述关键区域的网格尺寸取值范围依据实际零件特性进行确定，一般地，根据零件尺寸参数和软件设置范围确定网格尺寸取值范围。
37.所述关键区域的材料参数取值范围确定具体为：通过对实际零件进行材料试验，获取实际零件材料在流动方向和垂直于流动方向上的材料参数，以两个方向上的材料参数中的最大值作为材料参数取值范围的上限值，以两个方向上的材料参数中的最小值作为材料参数取值范围的下限值。
38.设计多因素多水平正交试验方案时，以材料参数取值范围的上限值m
上限
和材料参数取值范围的下限值m
下限
的平均数作为材料参数基础值m
初始
，m
初始
＝(m
上限
m
下限
)
÷
2。
39.引入变化系数α对材料参数的取值m进行限定，即m＝α
×m初始
，通过仿真优化，确定变化系数的最优值，得到材料参数最优取值。
40.s4，根据网格尺寸取值范围和材料参数取值范围设计多因素多水平正交试验方案，进行仿真试验，输出仿真结果。对仿真结果进行主效应分析和回归模型，并修正回归方程，建立满足精度要求的回归模型。
41.s5，设置仿真结果的优化目标值，依据回归模型得到网格尺寸和材料参数的最优参数值组合，进行仿真模拟验证。
42.仿真模拟验证具体为：采用得到的网格尺寸和材料参数的最优值修正仿真分析模型，进行仿真计算，得到仿真结果，仿真结果为模型的变形量。将仿真结果与实际零件的测试结果进行对比，若两者误差在设计阈值以内，则判定满足仿真精度要求，反之判定不满足仿真精度要求。
43.一种提高玻纤注塑类零件仿真精度的装置，所述装置包括：有限元建模单元，用于构建仿真分析模型；正交试验单元，用于设计多因素多水平正交试验方案；优化计算单元，用于设置仿真结果的优化目标值，依据回归模型得到网格尺寸和材料参数的最优参数值组合。
44.一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求上述的提高含玻纤注塑类零件仿真精度的方法。
45.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。