车门预变形分析方法、系统、终端及存储介质

技术领域

本发明涉及仿真领域，尤其涉及车门预变形分析方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

背景技术

汽车车门在关闭状态时，头道胶条和门洞胶条会对车门上的窗框产生密封作用力，此密封作用力会使窗框的对应位置产生相应的变形。在车门结构设计时，需要考虑此变形，调整车门的设计状态，以保证车门在实车上的位置、间隙、密封性等匹配到最佳的状态。

目前考察汽车车门窗框在胶条密封力作用下的预变形方法是车门样件出来后利用台架试验测试来考察，具体的通过夹具对车门样件按照实车情况进行固定，根据车门结构进行测点布置，连接位移传感器及数据采集系统等相关设备，在头道胶条和门洞胶条的位置逐渐加载设计载荷，模拟车门在密封力作用下的受力情况。最后把数据采集系统采集的位移数据进行处理，查看车门窗框的变形趋势和大小。但该方法中的位移传感器放置靠试验人员安装，其位置和实际的布点位置不能保证完全一致，使结果产生偏差。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种车门预变形分析方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决了现有利用位移传感器测试车门预变形方法中测量结果准确度低的问题。

为实现上述目的，本申请提供一种车门预变形分析方法，包括步骤：

根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；

定义车门有限元模型中各部件的材料参数；

定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；

对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；

设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。

可选地，所述根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型的步骤包括：

对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，生成不含密封条的车门有限元模型。

可选地，所述对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，生成不含密封条的车门有限元模型的步骤包括：

对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，获得不含密封条的初始车门有限元模型；

根据网格检查标准对初始车门有限元模型的网格单元进行检查；

对检查不合格的网格单元进行调整；

将调整后的初始车门有限元模型作为车门有限元模型。

可选地，所述定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数的步骤包括：

对车身侧铰链约束三个转动方向及三个平移方向的自由度；

对门锁中心约束两个转动方向以及两个平移方向的自由度。

可选地，所述车门有限元模型对应多段胶条，所述对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力的步骤包括：

构建每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合；

计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力；

确定每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载方向；

根据基于TCL脚本语言编写的自动加载载荷程序、每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合、加载节点的加载方向和加载力，自动对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力。

可选地，所述计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力的步骤包括：

根据预设加载力计算公式、每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量以及每段胶条的长度和单位长度的负荷，计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，其中，所述预设加载力计算公式为：

F＝K×L/N，F为胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，K为胶条单位长度的负荷，L为胶条长度，N为胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量。

可选地，所述调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果的步骤之后包括：

根据车门预变形分析结果，判断车门三维模型是否需要优化；

当确定车门三维模型需要优化时，对车门三维模型进行优化，并返回执行所述根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型的步骤，直至确定车门三维模型不需要优化。

为实现上述目的，本发明还提供一种车门预变形分析系统，所述系统包括：

构建模块，用于根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；

第一定义模块，用于定义车门有限元模型中各部件的材料参数；

第二定义模块，用于定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；

施加模块，用于对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；

计算模块，用于设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，所述终端包括：通信模块、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的车门预变形分析方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的车门预变形分析方法的步骤。

本发明实施例提出的一种车门预变形分析方法、系统、终端及计算机可读存储介质，通过根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；定义车门有限元模型中各部件的材料参数；定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。从而直接利用有限元分析方法就可以确定车门预变形结果，不需要车门样件，降低了分析成本，也不需要安装位移传感器，从而避免位移传感器放置位置不准确导致预变形分析结果产生偏差。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；

图2为本发明车门预变形分析方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明车门预变形分析方法第一实施例中步骤S10的细化流程示意图；

图4为本发明车门预变形分析方法第一实施例中步骤S40的细化流程示意图；

图5为本发明车门预变形分析方法第二实施例的流程示意图；

图6为本发明车门预变形分析系统的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，图1为本发明各个实施例中所提供的终端的硬件结构示意图，所述终端是处理设备，例如计算机设备，可以与任何制冷设备或用户输入设备连接，包括通信模块10、存储器20及处理器30等部件。本领域技术人员可以理解，图1中所示出的终端还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，所述处理器30分别与所述存储器20和所述通信模块10连接，所述存储器20上存储有计算机程序，所述计算机程序同时被处理器30执行。

通信模块10，可通过网络与外部设备连接。通信模块10可以接收外部设备发出的数据，还可发送数据、指令及信息至所述外部设备。所述外部设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑等电子设备等等。

存储器20，可用于存储软件程序以及各种数据。存储器20可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果)等；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据或信息等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器30，是终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器20内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器20内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端进行整体监控。处理器30可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器30可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器30中。

尽管图1未示出，但上述终端还可以包括电路控制模块，用于与市电连接，实现电源控制，保证其他部件的正常工作。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

根据上述硬件结构，提出本发明方法各个实施例。

参照图2，在本发明车门预变形分析方法的第一实施例中，所述车门预变形分析方法包括步骤：

步骤S10，根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；

由于本实施例的目的在于分析在关闭车门状态下车门的预变形，因此为了同时提高计算效率以及结果精度，本实施例中则对车身的三维模型进行截取，获得车门的三维模型，然后对车门的三维模型进行几何清理，网格划分，以建立不含胶条的车门有限元模型。在车门有限元模型中钣金件采用壳单元，铰链和粘胶采用实体单元模拟，点焊采用ACM单元模拟，缝焊采用RBE2单元模拟。有限元模型中壳单元平均长度为8mm。

具体地的，请参照图3，图3为本申请一实施例中步骤S10的流程细化示意图，基于上述实施例，步骤S10包括：

步骤S11，对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，获得不含密封条的初始车门有限元模型；

步骤S12，根据网格检查标准对初始车门有限元模型的网格单元进行检查；

步骤S13，对检查不合格的网格单元进行调整；

步骤S14，将调整后的初始车门有限元模型作为车门有限元模型。

在本实施例中，

首先，基于通用前处理软件HyperMesh中进行几何模型的清理，具体包括连接不连续面、去掉重合面、去除不影响结果的微小特征，忽略直径D<5mm的孔、倒角、折弯和翻边特征等。

其次，同样基于前处理软件HyperMesh中进行网格划分，获得初始车门有限元模型，初始有限元模型整体网格平均尺寸控制在8mm。钣金件划分一般用四节点的线性壳单元表示。为了防止几何变形太大，也可以在局部用三节点的单元来划分，在任何情况下三角形单元整体上不能超过单元总数量的5％。网格划分完成后根据预先建立的网格检查标准对初始车门有限元模型的网格进行检查，网格检查标准如表1所示，对最后调整不合格的网格单元，使其全部合格，将调整合格后的初始车门有限元模型作为最终的分析对象。

表1网格检查标准

步骤S20，定义车门有限元模型中各部件的材料参数；

构建车门有限元模型后，对车门有限元模型中各部件的材料属性按照线性材料进行定义，即定义各部件的杨氏模量、泊松比和密度。

步骤S30，定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；

车门存在两个侧铰链和一个门锁中心，对车门有限元模型中的车身侧铰链约束三个转动方向及三个平移方向的自由度，对车门有限元模型中门锁中心约束两个转动方向以及两个平移方向的自由度，即不对门锁以长度方向的平移和转动自由度约束。

步骤S40，对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；

根据车门上密封条的位置和车门的结构，确定车门有限元模型中需要施加加载力的加载节点，并确定加载节点的加载力和加载方向，对确定的加载节点沿确定的加载方向施加对应的加载力。

具体地的，请参照图4，图4为本申请一实施例中步骤S40的流程细化示意图，基于上述实施例，车门有限元模型对应多段胶条，步骤S40包括：

步骤S41，构建每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合；

步骤S42，计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力；

步骤S43，确定每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载方向；

步骤S44，根据基于TCL脚本语言编写的自动加载载荷程序、每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合、加载节点的加载方向和加载力，自动对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力。

在本实施例中，一个车门可能存在多段胶条，即车门有限元模型对应多段胶条，例如前车门存在两段胶条，并且每段胶条又分为头道胶条段和门洞胶条段。在加载力施加以前，为了加载和结果后处理方便，可以把每段胶条所对应加载节点建立在一个对应的节点集中，例如假设前车门存在头道胶条一段、门洞胶条一段、头道胶条二段和门洞胶条二段，那么就会设立4个节点集，每个节点集分别存储对应的段胶条所对应的加载节点。

为避免密封条本身非线性模型的复杂性和由于非线性因素产生的模型精度和计算效率问题，考虑仿真分析精度和分析效率间的平衡，胶条密封力使用设计载荷平均施加在各节点上，具体地的，将每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量以及该段胶条的长度和单位长度的负荷，输入至预设加载力计算公式，计算获得每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，其中，预设加载力计算公式为：

F＝K×L/N，F为胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，单位为N，L为胶条长度，单位为mm，K为胶条单位长度的负荷，单位为N/mm，不同段的胶条的单位长度的负荷不同，N为胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量。

加载节点在车门密封条处的受力方向存在两种方向，第一种是沿着与加载节点相连的单元的法向，该相连的单元在车门有限元模型上，第二种是关门状态下车体上与加载点距离最近的钣金件的各节点中与加载点距离最近的节点至加载节点的方向。在确定每段胶条对应的加载节点的方向之前，会先根据每段胶条对应的加载节点的位置不同，确定每段胶条对应的加载节点的加载方向所属类型。

故当确定某一段胶条对应的加载节点的加载方向为第一种类型时，会将与该段胶条对应的加载节点相连的网格单元建立在该段胶条对应的第一临时集中，然后将这个第一临时集中的各网格单元的法向调整为指向车门内部，最后将该第一临时集与对应的加载节点集建立映射关系。

当确定某一段胶条对应的加载节点的加载方向为第二种类型时，会将关门状态下车体上与加载点距离最近的钣金件的各节点中与加载节点距离最近的节点存储在该段胶条对应的第二临时集中。

最后在HyperMesh中运行编制的TCL程序代码，选择需要加载的节点集，会自动根据加载的节点集查询到对应的临时集，从而确定该加载的节点集中的加载的方向，然后输入该加载的节点集的加载力的大小，即可实现胶条密封力的加载。

需要说明的是，在确定加载方向之前，还会为每个加载节点建立局部坐标系，从而确定的加载方向是以对应加载节点的局部坐标系为参照的加载方向。

本实施例，针对胶条和车门之间的作用点较多，且作用方向不一致的问题，为提高密封力施加的精度和有效性，基于TCL语言，对HyperMesh前处理软件进行二次开发，编制程序实现密封力的一次批量有效加载，并且加载的位置、方向和大小可通过二次开发程序自由实现，不受加载点个数的限制。

步骤S50，设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。

设置求解器的求解方式为线性求解，求解参数为位移，设置完成后，把车门有限元模型输出为*.bdf文件，打开NASTRAN提交计算，或者通过批处理命令调用NASTRAN求解器提交计算，获得车门预变形分析结果。

本实施例通过根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；定义车门有限元模型中各部件的材料参数；定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。从而直接利用有限元分析方法就可以确定车门预变形结果，不需要车门样件，降低了分析成本，也不需要安装位移传感器，从而避免位移传感器放置位置不准确导致预变形分析结果产生偏差。

进一步地，请参照图5，图5为根据本申请车门预变形分析方法的第一实施例提出本申请车门预变形分析方法的第二实施例，在本实施例中，所述步骤S50包括：

步骤S60，根据车门预变形分析结果，判断车门三维模型是否需要优化；

步骤S70，当确定车门三维模型需要优化时，对车门三维模型进行优化，并返回执行步骤S10，直至确定车门三维模型不需要优化。

在对车门进行一次预变形分析后，获得分析结果，根据预变形分析结果可以确定车门在实车上的位置、间隙、密封性等是否匹配到最佳的状态，若是没有匹配到最佳状态，说明需要对车门三维模型进行优化，可以是对车门上的密封条位置、形状和材料属性等优化，也可以对车门上的钣金件的形状和结构进行优化，在此不对优化手段进行限定。在进行优化后，会重新对优化后的车门三维模型采用本发明中的预变形分析方法进行预变形分析。直至确定车门三维模型不需要进行优化为止。

需要说明的是，当根据预变形分析结果判定车门在实车上的位置、间隙、密封性等已经匹配到最佳的状态时，就直接将该车门三维模型作为最终的产品模型。

参见图6，本发明还提供一种车门预变形分析系统，包括：

构建模块10，用于根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型；

第一定义模块20，用于定义车门有限元模型中各部件的材料参数；

第二定义模块30，用于定义车门有限元模型中的车身侧铰链和门锁中心的约束自由度参数；

施加模块40，用于对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力；

计算模块50，用于设置求解器的求解方式和求解参数，并调用求解器对车门有限元模型进行仿真计算，获得车门预变形分析结果。

进一步，所述构建模块10包括：

生成单元11，用于对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，生成不含密封条的车门有限元模型。

进一步，所述生成单元11包括：

获得子单元111，用于对车门三维模型进行几何清理以及网格划分，获得不含密封条的初始车门有限元模型；

检查子单元112，用于根据网格检查标准对初始车门有限元模型的网格单元进行检查；

调整子单元113，用于对检查不合格的网格单元进行调整，并将调整后的初始车门有限元模型作为车门有限元模型。

进一步，所述第二定义模块30，包括：

第一约束单元31，用于对车身侧铰链约束三个转动方向及三个平移方向的自由度；

第二约束单元32，用于对门锁中心约束两个转动方向以及两个平移方向的自由度。

进一步，所述车门有限元模型对应多段胶条，所述施加模块40包括：

构建单元41，用于构建每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合；

计算单元42，用于计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力；

确定单元43，用于确定每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载方向；

施加单元44，用于根据基于TCL脚本语言编写的自动加载载荷程序、每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点集合、加载节点的加载方向和加载力，自动对车门有限元模型中的加载节点沿加载方向施加加载力。

进一步，所述计算单元42，还用于根据预设加载力计算公式、每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量以及每段胶条的长度和单位长度的负荷，计算每段胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，其中，所述预设加载力计算公式为：

F＝K×L/N，F为胶条对应的车门有限元模型中加载节点的加载力，K为胶条单位长度的负荷，N为胶条对应的车门有限元模型中加载节点数量

进一步，所述车门预变形分析还包括：

判断模块60，用于根据车门预变形分析结果，判断车门三维模型是否需要优化；

优化模块70，用于若是，则对车门三维模型进行优化，并返回执行所述根据车门三维模型，构建不含密封条的车门有限元模型的步骤，直至确定车门三维模型不需要优化。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。所述计算机可读存储介质可以是图1的终端中的存储器20，也可以是如ROM(Read-Only Memory，只读存储器)/RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、磁碟、光盘中的至少一种，所述计算机可读存储介质包括若干信息用以使得终端执行本发明中车门预变形分析方法中各个实施例所述的方法。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。