專利名稱：客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，尤其涉及一種用于客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及一種用于客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的客車側(cè)翻仿真測試方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國的客車技術(shù)和客車產(chǎn)品在使用性能和產(chǎn)品質(zhì)量上有很大的提高。客車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸與國際先進(jìn)水平接軌。但由于我國客車產(chǎn)品的整體技術(shù)水平起步較晚，而單靠實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)其耗資巨大且設(shè)計(jì)周期漫長。因此利用CAE仿真技術(shù)代替實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行客車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)成為簡單可行的方法，為減少客車翻滾事故中的傷亡率，GB 13094-2007客車結(jié)構(gòu)安全要求及GBT17578-1998規(guī)定了客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的技術(shù)要求與試驗(yàn)方法。然而目前客車安全方面的仿真技術(shù)還存在以下方面不足:一是客車側(cè)翻CAE仿真安全方面的仿真技術(shù)較零散，未成體系；二是客車側(cè)翻的仿真分析缺乏一種實(shí)用有效的方法。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有兩種:1、采用從空翻到觸地整個過程采用有限元柔性體的分析，由于模擬計(jì)算時間長而需耗費(fèi)大量的計(jì)算資源，既費(fèi)時又低效，缺少可操作性；2、將客車側(cè)翻的分析分析成兩步，(I)建立整車的剛體模型進(jìn)行整車空翻模擬。整車骨架在試驗(yàn)臺上繞旋轉(zhuǎn)軸翻倒，直至與地面接觸。在仿真分析結(jié)束時輸出客車接地時速度及質(zhì)心角速度。(2)建立整車的柔性體模型進(jìn)行整車觸地模擬分析。將整車模型按第一階段結(jié)束時整車狀態(tài)設(shè)置，再將第一階段仿真分析結(jié)束時輸出客車接地時速度及質(zhì)心角速度作為第二階段開始時初始速度和初始角速度。這種方法目前被廣泛采用，但存在以下問題:(1)由于需要同時建立車身的剛性體和柔性體兩種模型，既費(fèi)時又低效；(2)分析計(jì)算分成兩步走，近似的以第一階段仿真分析結(jié)束時輸出客車接地時速度及質(zhì)心角速度作為第二階段開始時初始速度和初始角速度，不能保證計(jì)算精度；(3)修改車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時同時需要修改車身的剛性體和柔性體兩種模型?？焖佟?zhǔn)備的產(chǎn)品研發(fā)能力，才能縮短新產(chǎn)品的研發(fā)過程，領(lǐng)先市場地位。如何在整個產(chǎn)品的研發(fā)過程(包含設(shè)計(jì)、分析、制造、測試)中，縮短整個設(shè)計(jì)過程，提升產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短產(chǎn)品上市的時間，且還能確保產(chǎn)品的安全性，已是目前汽車廠商所迫切需要解決的技術(shù)重點(diǎn)。有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的設(shè)計(jì)方法，以便改進(jìn)現(xiàn)有方法的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。同時，本發(fā)明還提供一種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。此外，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:存儲模塊，用以存儲一組或多組客車側(cè)翻測試規(guī)范，該客車側(cè)翻測試規(guī)范包括邊界條件設(shè)置、初始條件設(shè)置、測試方法、判斷依據(jù)；輸入模塊，用以接收一組或多組產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及一組或多組材料參數(shù)，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)，將材料參數(shù)輸入所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中；處理模塊，用以根據(jù)所述客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析；所述處理模塊包括:前處理單元、求解單元、后處理單元；前處理單元用以根據(jù)測試規(guī)范的測試條件對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化，模型組裝，邊界條件及初始條件定義；求解單元用以將前處理單元完成的可求解的仿真模型輸入到動力分析程序進(jìn)行數(shù)值分析，求解；后處理單元用以對求解單元的結(jié)果進(jìn)行研判，確定分析結(jié)果準(zhǔn)確與否并判斷仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范；修改模塊，用以在仿真測試結(jié)果不符合測試標(biāo)準(zhǔn)時，根據(jù)所述處理模塊的仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整，并將調(diào)整后的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)由所述處理模塊再進(jìn)行分析，直至仿真測試結(jié)果符合測試標(biāo)準(zhǔn)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述修改模塊調(diào)整的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及焊點(diǎn)的增加。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述系統(tǒng)還包括:模型及參數(shù)獲取模塊，與所述處理模塊、修改模塊連接，用以獲取最終符合測試標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及對應(yīng)的材料參數(shù)；輸出模塊，用以輸出符合所述客車側(cè)翻測試規(guī)范的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與所述材料參數(shù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在前處理單元中通過設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)將側(cè)翻工況分為兩階段:客車的空中的翻滾階段、客車的觸地及屋頂壓潰階段；模型的初始狀態(tài)中，客車處于在空中翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體，直至分析結(jié)束。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型為通過制圖軟件產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)圖文件，即3D數(shù)模文件，包括焊點(diǎn)及結(jié)構(gòu)聯(lián)接信息。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述計(jì)算機(jī)圖文件能轉(zhuǎn)換為多個零部件網(wǎng)格；通過焊點(diǎn)及結(jié)構(gòu)聯(lián)接信息、材料定義步驟進(jìn)行總裝，以建立客車的整車仿真分析模型。
—種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)、最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng)；設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，用以根據(jù)設(shè)計(jì)要求及技術(shù)規(guī)范進(jìn)行的計(jì)算機(jī)輔助繪圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，SP在CAD的環(huán)境中設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)的各個部件，建立整車車身結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)圖；CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)，用以對設(shè)計(jì)子系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的車身結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖進(jìn)行仿真分析及研判，確定設(shè)計(jì)是否滿足客車測試規(guī)范的要求；如不滿足，設(shè)計(jì)人員將對客車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，將修改后的結(jié)構(gòu)部件方案交由CAE驗(yàn)證分析人員進(jìn)行仿真分析及研判；設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作將循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求；所述CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)包括客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)；最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng):在上述設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作完成后，根據(jù)最終的車身設(shè)計(jì)方案，制造部門將制造出客車的原型實(shí)車，并對實(shí)車按照客車測試規(guī)范的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以最終確定設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求。所述客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)包括:存儲模塊，用以存儲一組或多組的客車側(cè)翻測試規(guī)范，該客車側(cè)翻測試規(guī)范包括邊界條件設(shè)置、初始條件設(shè)置、測試方法、判斷依據(jù)；輸入模塊，用以接收一組或多組產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及一組或多組材料參數(shù)，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)，將材料參數(shù)輸入所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中；處理模塊，用以根據(jù)所述客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析；所述處理模塊包括前處理單元、求解單元、后處理單元；所述前處理單元中設(shè)立剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)，將分析分為空翻和觸地兩階段，由求解單元求解，得到仿真測試結(jié)果；然后利用后處理單元對仿真測試結(jié)果與存儲模塊中的客車側(cè)翻測試規(guī)范對比判斷是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的要求；修改模塊，用以在仿真測試結(jié)果不符合測試標(biāo)準(zhǔn)時，根據(jù)所述處理模塊的仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整，并將調(diào)整后的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)由所述處理模塊再進(jìn)行分析，直至仿真測試結(jié)果符合測試標(biāo)準(zhǔn)。一種客車側(cè)翻仿真測試方法，所述方法包括如下步驟:步驟S1、接收一個或多個產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、一組或多組材料參數(shù)，其中，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)；步驟S2、依據(jù)存儲于存儲模塊中的客車側(cè)翻測試規(guī)范的測試條件對所述輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與材料參數(shù)進(jìn)行分析及仿真測試；步驟S3、判斷所述仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的測試標(biāo)準(zhǔn)；步驟S4、若不符合測試標(biāo)準(zhǔn)，則調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或材料參數(shù)； 步驟S5、重復(fù)步驟S1、步驟S2、步驟S3及步驟S4直至產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)的各項(xiàng)仿真測試完全符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的各項(xiàng)測試標(biāo)準(zhǔn)的要求；步驟S6、輸出最佳化設(shè)計(jì)的各項(xiàng)材料參數(shù)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S2中，利用電腦輔助工程軟件對所述輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與材料參數(shù)進(jìn)行分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析；具體包括前處理步驟、求解步驟、后處理步驟；
前處理步驟中，根據(jù)測試規(guī)范的測試條件對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化，模型組裝，邊界條件及初始條件定義；求解步驟中，將前處理單元完成的可求解的仿真模型輸入到動力分析程序進(jìn)行數(shù)值分析，求解；后處理步驟中，對求解單元的結(jié)果進(jìn)行研判，確定分析結(jié)果準(zhǔn)確與否并判斷仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述前處理步驟中，通過設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)將側(cè)翻工況分為兩階段:客車的空中的翻滾階段、客車的觸地及屋頂壓潰階段；模型的初始狀態(tài)中，客車處于在空中翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體，直至分析結(jié)束。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S4中，調(diào)整的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及焊點(diǎn)的增加。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)及方法，用于客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過剛?cè)徂D(zhuǎn)化方法配合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，仿真分析不同設(shè)計(jì)，并找出實(shí)現(xiàn)零組件最佳化的設(shè)計(jì)，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大幅節(jié)省研發(fā)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的時間，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本；同時還可確?？蛙嚨靡詽M足安全性的規(guī)范。


圖1為本發(fā)明客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)的組成示意圖。圖2為側(cè)翻實(shí)驗(yàn)臺示意圖。圖3為側(cè)翻過程示意圖。圖4為生存空間示意圖。圖5為本發(fā)明客車側(cè)翻仿真測試方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)10，所述系統(tǒng)包括:內(nèi)存模塊12、輸入模塊13、處理模塊11、修改模塊14、輸出模塊15。內(nèi)存模塊12也可以為其他存儲模塊，用以存儲一組或多組客車側(cè)翻測試規(guī)范，該客車側(cè)翻測試規(guī)范包括邊界條件設(shè)置、初始條件設(shè)置、測試方法、判斷依據(jù)。輸入模塊13用以接收一組或多組產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、一組或多組材料參數(shù)、限制條件，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)，將材料參數(shù)輸入所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中。所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型必須是一個實(shí)體，主要為計(jì)算機(jī)模型，包括各項(xiàng)設(shè)計(jì)的尺寸、外型與使用材料的參數(shù)，且為業(yè)界常用的3D軟件，如:Ρι.ο-Ε，Catia.........等產(chǎn)生的模型文件，可根據(jù)需求產(chǎn)生CAE分析所需要的元素網(wǎng)格，然后將網(wǎng)格圖通過Hypermesh軟件輸出轉(zhuǎn)換成含有節(jié)點(diǎn)、元素坐標(biāo)相關(guān)位置的文字文件，就可以作為進(jìn)行分析的準(zhǔn)備。而在材料參數(shù)部分包括各項(xiàng)物理性能等參數(shù)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型通過分析軟件可讀取的文本文件格式，然后就可在分析軟件中設(shè)定軟件參數(shù)、邊界條件等，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算。處理模塊11用以根據(jù)所述客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)、焊點(diǎn)及聯(lián)接方式信息進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析。所述處理模塊11包括前處理單元、求解單元、后處理單元。所述前處理單元中設(shè)立剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)，將分析分為空翻和觸地兩階段，由求解單元求解，得到仿真測試結(jié)果；然后利用后處理單元對仿真測試結(jié)果與存儲模塊中的客車側(cè)翻測試規(guī)范對比判斷是否符合測試標(biāo)準(zhǔn)(指客車側(cè)翻測試規(guī)范)。具體地，前處理單元用以根據(jù)測試規(guī)范的測試條件對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化，模型組裝，邊界條件及初始條件定義。求解單元用以將前處理單元完成的可求解的仿真模型輸入到動力分析程序LS-DYNA (通用求解器)進(jìn)行數(shù)值分析，求解。后處理單元用以對求解單元的結(jié)果進(jìn)行研判，確定分析結(jié)果準(zhǔn)確與否并判斷仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范(客車側(cè)翻測試規(guī)范可以為GB 13094-2007客車結(jié)構(gòu)安全要求及GBT 17578-1998客車上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的技術(shù)要求與試驗(yàn)方法)。其中，在前處理單元中通過設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)將側(cè)翻工況分為兩階段:客車的空中的翻滾階段、客車的觸地及屋頂壓潰階段。模型的初始狀態(tài)中，客車處于在空中翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體，直至分析結(jié)束。修改模塊14用以在仿真測試結(jié)果不符合客車側(cè)翻測試規(guī)范時，根據(jù)所述處理模塊的仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整(調(diào)整的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及及焊點(diǎn)的增加等)，并將調(diào)整后的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)由所述處理模塊再進(jìn)行分析，直至仿真測試結(jié)果符合客車側(cè)翻測試規(guī)范。系統(tǒng)還可以包括模型及參數(shù)獲取模塊，用以獲取最終符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及對應(yīng)的材料參數(shù)。輸出模塊15用以輸出符合所述客車側(cè)翻測試規(guī)范的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與所述材料參數(shù)。本實(shí)施例中，處理模塊11包括計(jì)算機(jī)輔助工程的軟件，依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的有限元素與邊界元素進(jìn)行數(shù)值分析，以及根據(jù)儲存于內(nèi)存模塊中的測試規(guī)范與限制條件的設(shè)定，來分析輸入模塊所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算出是否在測試規(guī)范與限制條件下的范圍內(nèi)，則再由修改模塊14進(jìn)行材料參數(shù)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的調(diào)整，再次進(jìn)行仿真分析，如此反復(fù)運(yùn)作，直到產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型完全符合測試規(guī)范與限制條件的各項(xiàng)測試項(xiàng)目需求。以某一客車的側(cè)翻試驗(yàn)仿真為例，按照需求產(chǎn)生CAE分析需要的網(wǎng)格，依照測試規(guī)范和測試條件，參照圖2至圖4，設(shè)定參數(shù)和邊界條件送入處理模塊中的分析軟件求解器進(jìn)行求解。當(dāng)計(jì)算開始時，客車在空中翻滾階段，客車不變形，應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)，將客車從柔性體直接轉(zhuǎn)化成剛體，當(dāng)客車即將觸及地面時刻，根據(jù)一些觸發(fā)條件，本發(fā)明技術(shù)自動又將客車從柔性體轉(zhuǎn)化成剛性體，客車以柔性體狀態(tài)和地面接觸，在重力作用下繼續(xù)發(fā)生變形。根據(jù)國家法規(guī)GBT17578-1998，翻滾試驗(yàn)的目標(biāo)要求客車生存空間要滿足如下兩點(diǎn):①車身任何部分的位移都不允許侵入生存空間，②生存空間內(nèi)的任何部分都不能突出至變形的車身結(jié)構(gòu)外。此目標(biāo)儲存于內(nèi)存模塊，查看變形結(jié)果與之作比較，如果生存空間受到其他部件侵入，則修改材料參數(shù)模塊，如修改側(cè)窗立柱厚度，尺寸等，改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，再次仿真分析，如此反復(fù)運(yùn)作，符合安全性要求。直到最后一輪，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)，車身上的任何其他部件沒有侵入生存空間，使得生存空間符合目標(biāo)要求。對客車翻滾而言，初始時刻客車在自重的作用下，下翻的動作特別緩慢，隨著下翻的高度增加，在重力加速度影響下，下翻的動作相對初始翻轉(zhuǎn)階段也越來越快，但是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)有參考價值作用的是客車觸地之后約200毫秒時間內(nèi)的嚴(yán)重變形情況。整個空中翻滾過程相對觸地變形過程，其時間約為10倍左右。如果沒有本發(fā)明的剛?cè)徂D(zhuǎn)化技術(shù)，Lsdy軟件求解器按照柔性體的最小網(wǎng)格單元尺寸計(jì)算時間步長，一個方案按照相同的時間步長來計(jì)算，仿真運(yùn)算時間很長，勢必影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時間。而應(yīng)用本發(fā)明的剛?cè)徂D(zhuǎn)化技術(shù)后，空中階段Lsdy軟件按照剛體來計(jì)算，運(yùn)算時間大大減少。特別在多輪優(yōu)化的循環(huán)過程中，更顯示出很好的時間優(yōu)勢，大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。以上揭示了本發(fā)明客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，本發(fā)明在揭示上述系統(tǒng)的同時，還揭示一種客車側(cè)翻仿真測試方法；請參閱圖5，所述方法包括如下步驟:第一步,通過輸入器進(jìn)行客車整車碰撞與安全CAE建模；第二步，根據(jù)國家法規(guī)GBT 17578-1998的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)置側(cè)翻工況并對約束與載荷情況進(jìn)行定義，并存放到存儲器(即上述內(nèi)存模塊)中；第三步，通過前處理器(即上述前處理模塊)中設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)在客車整車碰撞與安全CAE模型中的剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換功能；第四步，將客車整車碰撞與安全CAE模型投入求解器中求解，側(cè)翻工況分為兩階段:(1)客車的空中的翻滾階段；(2)客車的觸地及屋頂壓潰階段。模型的初始狀態(tài)客車處于空中的翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，在前處理器中剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)信號實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻信號觸發(fā)后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體；第五步，在求解計(jì)算結(jié)束后，將計(jì)算結(jié)果傳入后處理器中，通過后處理器對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析并與存儲器中存放的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范進(jìn)行對比修正。如不滿足要求則進(jìn)入修改器中進(jìn)行模型及材料參數(shù)的修改(修改的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及及焊點(diǎn)的增加等)，以完成對汽車車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)施例二本發(fā)明還揭示一種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)、最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)子系統(tǒng):由工程人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求及技術(shù)規(guī)范進(jìn)行的計(jì)算機(jī)輔助繪圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在CAD的環(huán)境中設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)的各個部件，建立整車車身結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)圖。CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng):由工程人員對設(shè)計(jì)子系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的車身結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖進(jìn)行仿真分析及研判，確定設(shè)計(jì)是否滿足客車測試規(guī)范的要求；如不滿足，設(shè)計(jì)人員將對客車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，將修改后的結(jié)構(gòu)部件方案交由CAE驗(yàn)證分析人員進(jìn)行仿真分析及研判；設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作將循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求。所述CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)包括客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)的組成可以參考實(shí)施例一中的說明。最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng):在上述設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作完成后，根據(jù)最終的車身設(shè)計(jì)方案，制造部門將制造出客車的原型實(shí)車，并對實(shí)車按照客車測試規(guī)范的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以最終確定設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求。綜上所述，本發(fā)明提出的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)及方法，用于客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過剛?cè)徂D(zhuǎn)化方法配合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，仿真分析不同設(shè)計(jì)，并找出實(shí)現(xiàn)零組件最佳化的設(shè)計(jì)，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大幅節(jié)省研發(fā)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的時間，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本；同時還可確?？蛙嚨靡詽M足安全性的規(guī)范。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 存儲模塊，用以存儲一組或多組客車側(cè)翻測試規(guī)范，該客車側(cè)翻測試規(guī)范包括邊界條件設(shè)置、初始條件設(shè)置、測試方法、判斷依據(jù)； 輸入模塊，用以接收一組或多組產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及一組或多組材料參數(shù)，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)，將材料參數(shù)輸入所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中； 處理模塊，用以根據(jù)所述客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析；所述處理模塊包括:前處理單元、求解單元、后處理單元；前處理單元，用以根據(jù)測試規(guī)范的測試條件對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化，模型組裝，邊界條件及初始條件定義；求解單元，用以將前處理單元完成的可求解的仿真模型輸入到動力分析程序進(jìn)行數(shù)值分析，求解；后處理單元，用以對求解單元的結(jié)果進(jìn)行研判，確定分析結(jié)果準(zhǔn)確與否并判斷仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范; 修改模塊，用以在仿真測試結(jié)果不符合客車側(cè)翻測試規(guī)范時，根據(jù)所述處理模塊的仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整，并將調(diào)整后的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)由所述處理模塊再進(jìn)行分析，直至仿真測試結(jié)果符合客車側(cè)翻測試規(guī)范。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于: 所述修改模塊調(diào)整的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及焊點(diǎn)的增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)還包括: 模型及參數(shù)獲取模塊，與所述處理模塊、修改模塊連接，用以獲取最終符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及對應(yīng)的材料參數(shù)； 輸出模塊，用以輸出符合所述客車側(cè)翻測試規(guī)范的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與所述材料參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于: 在前處理單元中通過設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)將側(cè)翻工況分為兩階段:客車的空中的翻滾階段、客車的觸地及屋頂壓潰階段； 模型的初始狀態(tài)中，客車處于在空中翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體，直至分析結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于: 所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型為通過制圖軟件產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)圖文件，即3D數(shù)模文件，包括焊點(diǎn)及結(jié)構(gòu)聯(lián)接信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)，其特征在于: 所述計(jì)算機(jī)圖文件能轉(zhuǎn)換為多 個零部件網(wǎng)格；通過焊點(diǎn)及結(jié)構(gòu)聯(lián)接信息、材料定義步驟進(jìn)行總裝，以建立客車的整車仿真分析模型。
7.—種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)、最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，用以根據(jù)設(shè)計(jì)要求及技術(shù)規(guī)范進(jìn)行的計(jì)算機(jī)輔助繪圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在CAD的環(huán)境中設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)的各個部件，建立整車車身結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)圖； CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)，用以對設(shè)計(jì)子系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的車身結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖進(jìn)行仿真分析及研判，確定設(shè)計(jì)是否滿足客車測試規(guī)范的要求；如不滿足，設(shè)計(jì)人員將對客車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，將修改后的結(jié)構(gòu)部件方案交由CAE驗(yàn)證分析人員進(jìn)行仿真分析及研判；設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作將循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求；所述CAE驗(yàn)證及修改子系統(tǒng)包括客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)； 最終實(shí)車驗(yàn)證子系統(tǒng):在上述設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的工作完成后，根據(jù)最終的車身設(shè)計(jì)方案，制造部門將制造出客車的原型實(shí)車，并對實(shí)車按照客車測試規(guī)范的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以最終確定設(shè)計(jì)滿足客車測試規(guī)范的要求； 所述客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)包括: 存儲模塊，用以存儲一組或多組的客車側(cè)翻測試規(guī)范，該客車側(cè)翻測試規(guī)范包括邊界條件設(shè)置、初始條件設(shè)置、測試方法、判斷依據(jù)； 輸入模塊，用以接收一組或多組產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及一組或多組材料參數(shù)，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)，將材料參數(shù)輸入所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中； 處理模塊，用以根據(jù)所述客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析；所述處理模塊包括前處理單元、求解單元、后處理單元；所述前處理單元中設(shè)立剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)，將分析分為空翻和觸地兩階段，由求解單元求解，得到仿真測試結(jié)果；然后利用后處理單元對仿真測試結(jié)果與存儲模塊中的客車側(cè)翻測試規(guī)范對比判斷是否符合測試標(biāo)準(zhǔn)，即客車側(cè)翻測試規(guī)范的要求； 修改模塊，用以在仿真測試結(jié)果不符合客車側(cè)翻測試規(guī)范時，根據(jù)所述處理模塊的仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整，并將調(diào)整后的所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)由所述處理模塊再進(jìn)行分析，直至仿真測試結(jié)果符合客車側(cè)翻測試規(guī)范。
8.—種客車側(cè)翻仿真測試方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟S1、接收一個或多個產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、一組或多組材料參數(shù)，其中，所述材料參數(shù)至少包括機(jī)械性能參數(shù)； 步驟S2、依據(jù)存儲于存儲模塊中的客車側(cè)翻測試規(guī)范的測試條件對所述輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與材料參數(shù)進(jìn)行分析及仿真測試； 步驟S3、判斷所述仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的測試標(biāo)準(zhǔn)； 步驟S4、若不符合測試標(biāo)準(zhǔn)，則調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或材料參數(shù)； 步驟S5、重復(fù)步驟S1、步驟S2、步驟S3及步驟S4直至產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)的各項(xiàng)仿真測試完全符合客車側(cè)翻測試規(guī)范的各項(xiàng)測試標(biāo)準(zhǔn)的要求； 步驟S6、輸出最佳化設(shè)計(jì)的各項(xiàng)材料參數(shù)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的客車側(cè)翻仿真測試方法，其特征在于: 所述步驟S2中，利用電腦輔助工程軟件對所述輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型與材料參數(shù)進(jìn)行分析及仿真測試，數(shù)值分析及仿真測試包括側(cè)翻測試分析； 具體包括前處理步驟、求解步驟、后處理步驟； 前處理步驟中，根據(jù)測試規(guī)范的測試條件對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化，模型組裝，邊界條件及初始條件定義； 求解步驟中，將前處理單元完成的可求解的仿真模型輸入到動力分析程序進(jìn)行數(shù)值分析，求解； 后處理步驟中，對求解單元的結(jié)果進(jìn)行研判，確定分析結(jié)果準(zhǔn)確與否并判斷仿真測試的結(jié)果是否符合客車側(cè)翻測試規(guī)范。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的客車側(cè)翻仿真測試方法，其特征在于: 所述前處理步驟中，通過設(shè)置剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)將側(cè)翻工況分為兩階段:客車的空中的翻滾階段、客車的觸地及屋頂壓潰階段； 模型的初始狀態(tài)中，客車處于在空中翻滾，客車整車碰撞與安全CAE模型中通過剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)為剛體，剛?cè)狍w轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)時檢測計(jì)算時間是否達(dá)到客車的觸地臨界時刻；在計(jì)算時間達(dá)到客車的觸地臨界時刻后，剛?cè)狍w的轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動，將客車整車碰撞與安全CAE模型設(shè)為柔性體，直至分析結(jié)束。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的客車側(cè)翻仿真測試方法，其特征在于: 所述步驟S4中，調(diào)整的方法為:對影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的客車部位進(jìn)行加強(qiáng)，手段包括:材料厚度的加厚 和材料等級的提升，部件形狀的修改，局部增加加強(qiáng)件支架，部件位置的移動和調(diào)整及焊點(diǎn)的增加。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)及方法，客車側(cè)翻仿真測試系統(tǒng)包括存儲模塊、輸入模塊、處理模塊、修改模塊。存儲模塊存儲客車側(cè)翻測試規(guī)范；輸入模塊接收產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型及材料參數(shù)；處理模塊根據(jù)客車側(cè)翻測試規(guī)范對所輸入的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、材料參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析及仿真測試；修改模塊在仿真測試結(jié)果不符合測試標(biāo)準(zhǔn)時，根據(jù)仿真測試結(jié)果進(jìn)行所述產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型或所述材料參數(shù)的調(diào)整。本發(fā)明通過剛?cè)徂D(zhuǎn)化方法配合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，仿真分析不同設(shè)計(jì)，并找出實(shí)現(xiàn)零組件最佳化的設(shè)計(jì)，可獲取最符合設(shè)想的設(shè)計(jì)方案，方便設(shè)計(jì)人員對于車身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大幅節(jié)省研發(fā)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的時間，提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)成本。
文檔編號G06F17/50GK103177165SQ20131012943
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者李廣駿, 萬睿智, 黃達(dá)文 申請人:帝特汽車技術(shù)(上海)有限公司