基于隐式参数化正向建模的车身概念设计方法,本文是设计方法毕业论文开题报告范文跟正向和建模和隐式类毕业论文开题报告范文.
设计方法论文参考文献：
1引言
传统的开发流程,CAE分析在车身设计流程*入较晚,且主要是验证分析的作用,无法充分利用CAE分析手段进行优化设计.而在前期概念设计阶段,工程师可以有很大的设计空间寻求多种设计方案,从中筛选出最好的结构,此时引入仿真技术来指导工程师的设计决策将会带来革命性的进步‘”.如果能在概念阶段就进行大量的CAE分析,就可以早发现问题,早解决问题,从而极大程度的提高研发效率和质量,保证后期研发的顺利进行,有效降低研发成本.
在概念阶段,设计部门所能给出的设计参数十分有限,也许只有造型面、参考车型和总布置参数等少量信息.传统的方法中,要等CAD部门设计出完整的数模,CAE才能建立有限元模型,再进行分析,所提出的优化方案也须先做出CAD数据才能进行CAE校核.这样循环往复不仅耗费大量人力物力,更是大大延长了研发周期.
因此,必须采用参数化建模的方法,在前期有限的输入下,直接建立有限元模型.本文中采用的软件是E Concept[2]（以下简称E）．设计团队可以利用E软件参数化的特点,快速建立概念车身模型,并能自动划分有限元网格.从而及时掌握概念模型的性能,优化方案也能直接校验,使得设计更加高效、合理,真正实现“分析驱动设计”.
2理论与工具方法
2.1隐式参数化技术
传统的参数化技术不是利用诸如多项式等数学描述方式直接进行创建和修改,而是由一系列抽象的参数形成.几何体之间的关系只可通过线性方程组来描述,这称为“显式”参数化.这样很难实现对复杂装配总成如白车身等结构进行设计.
而本文采用的隐式参数化技术中,单个模型几何形状有3种类型参数控制：控制点位置、线曲率和截面形状.通过映射关系建立零件之间的参数化装配关系.因为所有参数在逻辑上相互关联,所以每一个参数的改变都会使它周边与之关联的参数发生相应变化.
隐式参数化技术根据车身结构初始状态的有限元模型或几何模型,建立几何结构一致的参数化模型,该模型有两个功能：第一,模型结构具有全参数化功能,集合结构的位置、尺寸和形状等可任意改变,能记录改变的过程并保存为设计变量,第二,几何结构发生改变的参数化模型可以产生集合结构相同并满足网格质量要求的有限元模型,基于上述功能,隐式参数化技术成为车身结构设计优化的有力工具.而目前常用的morphing技术,只能通过调整控制点来修改几何形状,不能自动修改网格的数量、质量和拓扑关系,容易导致局部网格扭曲而质量变差,严重时甚至无法运算‘”.
2.2参数化正向建模的必要性
在白车身前期概念设计阶段,由于有大量的数据不能确定,没有完整的CAD模型,无法进行精确的性能仿真分析.既不能掌握车身的具体性能参数,又无法针对薄弱区域做优化提升.所以在传统个设计流程中,概念设计阶段主要依靠经验判断和简化模型（如利用网格变形技术）进行粗略评估,计算精度较差.导致概念设计阶段广阔的设计空间无法发挥.
而采用参数化正向建模方法,只要有造型、截面等少数参数,就可以在缺少详细CAD数据的概念设计阶段也能建立可靠精确的有限元分析模型.这样不仅在设计初期就能分析校核,了解性能,还可以进行多学科优化,充分展现概念阶段的设计可能性.
使用参数化模块化方法描述车身拓扑结构,将复杂的车身结构以断面、梁、接头和自由曲面等形式模块化体现出来.换句话说,就是通过简单的几何拓扑结构描述了复杂的车身结构,大大缩短了建模的时间,减少了建模难度.同时,E建模可以自动生成带焊点等连接信息的有限元模型,直接用于CAE分析优化.
2.3开发效率分析
在概念阶段高效建立参数化模型的关键是CAD和CAE两部门协同配合,既要CAD部门提供最新的设计思路和参考结构,又要CAE运用丰富的优化经验建立精确而简洁的模型.在获得基础模型之后的优化工作也需要紧跟实际可行设计方向去开展.
相较于传统的车身开发流程,使用参数化正向建模方法可以提前3个月得到白车身模型和刚度、模态分析数据,提前2个半月得到碰撞分析数据.详细开发流程对比如图1所示.
由图1可看出,E平台开发流程较传统开发流程,CAE部门介入提前约4个月,设计部门与CAE分析部门可提前4个月得到概念车身模型的分析数据,更好的进行设计工作.
2.4参数化正向建模开发流程
使用E软件能正向建立CAD/CAE -体化的参数化模型,该模型作为前期车.
身概念开发的平台,围绕该平台可以进行各类优化分析工作.详细开发流程如图2所示.
3参数化正向建模方法
参数化正向建模整体可划分为三大部分.第一部分为正向建模数据准备,包括参考车型的CAE数据、总布置参数、造型面、截面数据等,第二部分为E参数化建模；第三部分为模型调试检查,保证模型无穿透干涉或其它错误,可进行有限元分析优化.流程如图3所示.
3.1正向建模的必要输入
E模型建立需要必要的输入,输入可以是参考模型的CAE数据（推荐）、CAD数据、总布置数据等.详细的数据输入可提高建模效率.
(1)参考模型CAE/CAD模型
建议使用参考模型的CAE数据进行建模.参考模型可以是上一代车型的有限元数据,也可以是对标车型数据.
(2)造型数据(CAS)
造型数据是参数化正向建模必须满足的硬性约束,优先级最高.如在建模过程中发现数据冲突,则以造型数据为准.
(3)截面数据
根据截面数据可以较为精确的确认车身主要结构位置.通过截面可以初步判断相关接头的搭接形式,可进行接头建模.
(4)工况加载
CAE计算所需要的文件数据（如加载,约束,材料及厚度）等.建议将计算所需要的文件数据单独编制控制卡片进行计算.
3.2正向建立参数化模型技巧
(1)由于介入车身开发的时间较早,可能无法获得较为详细的数据,所以建模时优先采用较为明确的数据,不确定的数据可以简化.先按照优先分析的性能要求建模,其他性能相关的附属结构可先省略,待需分析该性能时逐步添加.
(2)提前规划模型的设计空间,以便的后续结构优化,避免结构更改造成模型穿透.
(3)由于E模型具有模块化的特点,在正向建模的过程中可以参考已有的E模型,进行修改后直接使用.如图4所示,可调用企业内部数据.有条件可以建立一个模块化数据库,将多种车身按不同级别整理进数据库中.建模时就可以最大程度利用相同或相似结构的模块,再将更改其中不同的结构,这样可大大节约建模时间.
4应用案例
4.1某MPV车型前期正向建模
以国内某款自主研发的MPV新车型为例,在前期概念阶段根据车身总布置参数、造型面和上车体截面数据为约束,分别从两款不同参考车型取出上下车体进行拼装.
下车体选用的参考车型是同平台的SUV下车体,结构较为相似.上车体则是
上车体建模时,由于结构尺寸有一定差异,所以先按照参考模型建出各个梁结构,再根据造型面和截面数据放置到合适的位置,把基础框架确定好.然后再根据具体的梁结构去各个接头,拼接完整.D柱下接头建模时一定要提前考虑与下车体的搭接形式,否则可能无法拼接.上下车体完成后再总拼就可以得到完整的白车身了.
4.2模型初始性能
总拼完成之后,加载刚度、模态工况,计算出模型的初始性能.
4.3多性能优化轻量化
(1)拓扑优化
以建好的参数化模型结构为基础,建立边长为20的四边形有限元拓扑网格模型.加载弯曲、扭转、后扭、正碰、侧碰等多种工况,分别计算单一工况和综合工况的拓扑模型,寻找有效的传力路径,解析出有效方案.
(2)截面尺寸优化
使用Isight平台搭建DOE试验流程,分析上车体关键截面对刚度、模态和重量的敏感度.增大对性能敏感的截面,减小对重量敏感的截面,在提升性能的同时,也考虑轻量化的优化.
(3)零件厚度优化
使用Genesis软件基于弯扭刚度和模态对车身零件厚度进行优化,以轻量化为主要控制目标,少数性能提升关键零件厚度也可以提高.
(4)细节优化
通过基于弯扭刚度和模态的自由尺寸优化和2D拓扑优化,对零件做一些开孔、局部形貌、翻边的优化方案,以改善连接性能、减轻重量.
4.4优化前后性能对比分析
通过多学科优化后,各项性能几乎都有大幅度提高,而质量仅增加0.5%,效果明显.
4.5参数化模型分析可靠性对比
车身部门采用优化后的结构建立了CAD模型,CAE再按照传统方法建立有限元模型分析校核,结果与参数化模型的参数非常接近,可靠性很高.说明参数化模型可用于校核与指导概念设计阶段的相关工作.
5结语
(1)在车身开发概念设计阶段进行参数化正向建模,及早介人CAE优化手段,将大大提高研发效率,更有效的开发出高性能、轻质量的车身.
(2)通过拓扑优化、截面尺寸优化、零件厚度优化、细节优化等多轮优化分析,提升扭转刚度12.6%、弯曲刚度14 .1%、尾门框模态6.3%、一阶弯曲模态1.4%、一阶扭转模态4.4%,而白车身质量仅增加了1.7Kg,而且结果可靠性很高.
(3)围绕参数化正向建模的设计开发流程高效结合了CAD与CAE的工作,在CAE优化得同时参与到结构设计中,而在车身设计时也能及时的了解白车身的性能.从而使得设计更加高效、合理,真正实现“分析驱动设计”.
综上所述:此文是一篇适合不知如何写正向和建模和隐式方面的设计方法专业大学硕士和本科毕业论文以及关于设计方法论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
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