车架有限元分析方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及车辆设计技术领域，尤其涉及一种车架有限元分析方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前的车架CAE分析加载方式都是按照重力加速度加载，在分析结果的评价中只对车架材料的屈服强度进行评价。此种方式只能分析汽车在静止不动的状态，计算的结果是片面的，在分析结果的评价中只对车架材料的屈服强度进行评价，不能真实反映车架可以承受的强度。

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架有限元分析方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种车架有限元分析方法，所述方法包括以下步骤：

在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点；

获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果；

根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。

可选地，所述目标工况包括匀速行驶工况；

所述根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果，包括：

根据所述受力加载参数计算匀速行驶工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷，得到受力加载结果。

可选地，所述根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果，包括：

获取预设疲劳强度安全系数和预设疲劳强度阈值；

根据所述预设疲劳强度安全系数和所述预设疲劳强度阈值计算疲劳应力阈值；

在所述受力加载结果对应的应力小于所述疲劳应力阈值时，得到匀速行驶工况下合格的车架强度分析结果。

可选地，所述目标工况包括加速工况、制动工况以及转向工况；

所述根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果，包括：

根据所述受力加载参数分别计算加速工况、制动工况以及转向工况下的制动载荷，在所述质量点处加载所述制动载荷，得到所述加速工况、所述制动工况以及所述转向工况对应的受力加载结果。

可选地，所述目标工况包括扭转工况；

所述根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果，包括：

根据所述受力加载参数计算扭转工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷；

在车架右后端加载向上预设距离的强制位移，得到受力加载结果。

可选地，所述根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果，包括：

获取预设屈服强度安全系数和预设屈服强度阈值；

根据所述预设屈服强度安全系数和所述预设屈服强度阈值计算屈服应力阈值；

在所述受力加载结果对应的应力小于所述屈服应力阈值时，得到目标工况下合格的车架强度分析结果。

可选地，所述质量点与车架通过柔性连接方式固定。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种车架有限元分析装置，所述车架有限元分析装置包括：

建立模块，用于在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点；

加载模块，用于获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果；

分析模块，用于根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种车架有限元分析设备，所述车架有限元分析设备包括：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车架有限元分析程序，所述车架有限元分析程序配置为实现如上文所述的车架有限元分析方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有车架有限元分析程序，所述车架有限元分析程序被处理器执行时实现如上文所述的车架有限元分析方法的步骤。

本发明通过在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点；获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果；根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。通过上述方式，通过提供不同工况对应的加载策略以及车架强度分析策略，从而实现对汽车车架在不同工况下的受力情况分别进行分析，更能真实的反映车架的受力极限，对车架的设计更具有参考价值和指导意义，解决了现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

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车架有限元分析设备的结构示意图；

图2为本发明车架有限元分析方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明车架有限元分析方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明车架有限元分析方法第三实施例的流程示意图；

图5为本发明车架有限元分析装置第一实施例的结构框图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的车架有限元分析设备结构示意图。

如图1所示，该车架有限元分析设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对车架有限元分析设备的限定，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。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及车架有限元分析程序。

在图1所示的车架有限元分析设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明车架有限元分析设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在车架有限元分析设备中，所述车架有限元分析设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的车架有限元分析程序，并执行本发明实施例提供的车架有限元分析方法。

本发明实施例提供了一种车架有限元分析方法，参照图2，图2为本发明一种车架有限元分析方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述车架有限元分析方法包括以下步骤：

步骤S10：在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点。

可以理解的是，本实施例的执行主体为车架有限元分析设备，所述车架有限元分析设备可以是安装有车架有限元分析程序的电脑或服务器，也可以为其他能够实现相同功能的设备，本实施例对此不加以限制。

需要说明的是，预设车架有限元分析模型是提前通过ANSA Workbench或HypermeSh等软件对实体整车进行有限元模型构建得到的模型，得到车架有限元分析模型，整车质心处为是指整车质量中心，质量点为整车上被认为质量集中于此的一个假想点。质量点与车架之间可以通过刚性连接方式进行连接，也可以通过柔性方式进行连接。

进一步地，为了在质量点加载的受力能够更好的传递到车架上，从而使车架产生应力，所述质量点与车架通过柔性连接方式固定。

可以理解的是，刚性连接是指两个物体之间，当一个物体产生位移或受力时，与之相连的另一个物体不相对于第一个物体产生位移或相对变形，也就是两个物体连接为了一个整体。柔性连接就是允许相互连接的物体发生位移或转角，不限制某一方面的变形，也就是说允许出现变形。由于本实施例的对象主要是车架，因此将质量点与车架柔性连接更能观察车架的形变，故而使用柔性连接。

步骤S20：获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果。

可以理解的是，受力加载参数可以是质量和加速度，也可以是带有矢量属性的力。受力加载参数可以由用户手动输入，也可以通过受力加载参数生成程序自动生成，例如受力加载参数生成程序设置为质量由50kg每间隔10kg生成一个质量参数，直到上升至400kg，加速度设置为重力加速度9.8m/s

需要说明的是，目标工况可以包括匀速行驶工况、加速工况、制动工况、转向工况及扭转工况中的至少一种工况，每一种目标工况都有预先设置的工况加载策略，从而实现对不同工况通过不同加载策略进行加载。

步骤S30：根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。

可以理解的是，不同的目标工况都有预先设置的强度分析策略，从而实现对不同工况通过不同强度分析策略进行分析。强度分析策略包括屈服强度分析策略和疲劳强度分析策略。强度分析过程主要与车架对应的材质有关。

本实施例通过在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点；获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果；根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。通过上述方式，通过提供不同工况对应的加载策略以及车架强度分析策略，从而实现对汽车车架在不同工况下的受力情况分别进行分析，更能真实的反映车架的受力极限，对车架的设计更具有参考价值和指导意义，解决了现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

参考图3，图3为本发明一种车架有限元分析方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，本实施例车架有限元分析方法中所述目标工况包括匀速行驶工况，所述步骤S20，包括：

步骤S201：根据所述受力加载参数计算匀速行驶工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷，得到受力加载结果。

可以理解的是，匀速行驶工况下，通过公式(1)计算弯曲载荷：

R

其中，K

具体地，初始弯曲载荷可以通过公式(2)计算：

F

其中，m包括乘员、货物、自重以及设备重量，a

需要说明的是，上述计算均为矢量计算，其中动载系数可以取2.5-3中任意一个数值，g＝9.8m/s

可以理解的是，在质量点处加载匀速行驶工况下的弯曲载荷的过程可以为在质量点出施加一个大小为R

所述步骤S30，包括：

步骤S301：获取预设疲劳强度安全系数和预设疲劳强度阈值。

可以理解的是，疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限，由于匀速行驶工况作为实际行驶过程中最常见的工况，故而选择通过车架材质对应的疲劳强度来对车架进行强度分析。通过获取车架对应的材质来确定预设疲劳强度阈值和预设疲劳强度安全系数。例如，在车架材质为大梁钢510L时，获取到预设疲劳强度安全系数设置为1.2，预设疲劳强度阈值为230MPa。

步骤S302：根据所述预设疲劳强度安全系数和所述预设疲劳强度阈值计算疲劳应力阈值。

需要说明的是，将预设疲劳强度阈值除以预设疲劳强度安全系数，得到疲劳应力阈值，例如，目标工况为匀速行驶工况，车架材质为大梁钢510L时，疲劳应力阈值为230÷1.2＝192MPa。

步骤S303：在所述受力加载结果对应的应力小于所述疲劳应力阈值时，得到匀速行驶工况下合格的车架强度分析结果。

可以理解的是，应力是指车架由于外力作用引起的在车架内各部分之间产生相互作用的内力，如果要保证车架的安全性，匀速行驶工况的车架应力应小于疲劳应力阈值。

本实施例通过匀速行驶工况对应的加载策略进行弯曲载荷加载，根据对应的疲劳强度分析策略对车架进行分析，能够得到匀速行驶工况下车架强度分析结果，更能真实的反映车架在匀速行驶工况下的受力极限，对车架的设计更具有参考价值和指导意义，解决了现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

参考图4，图4为本发明一种车架有限元分析方法第三实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，本实施例车架有限元分析方法中所述目标工况包括加速工况、制动工况以及转向工况，所述步骤S20，包括：

步骤S202：根据所述受力加载参数分别计算加速工况、制动工况以及转向工况下的制动载荷，在所述质量点处加载所述制动载荷，得到所述加速工况、所述制动工况以及所述转向工况对应的受力加载结果。

可以理解的是，加速工况下，通过公式(3)计算制动载荷：

R

其中，F

具体地，纵向载荷F

F

初始弯曲载荷F

F

需要说明的是，上述计算均为矢量计算，其中动载系数可以取2.5-3中任意一个数值，m包括乘员、货物、自重以及设备重量，a

可以理解的是，制动工况下，通过公式(5)计算弯曲载荷：

R

其中，F

具体地，纵向载荷F

F

初始弯曲载荷F

F

需要说明的是，上述计算均为矢量计算，其中动载系数可以取2.5-3中任意一个数值，m包括乘员、货物、自重以及设备重量，a

可以理解的是，转向工况下，通过公式(7)计算弯曲载荷：

R

其中，F

具体地，纵向载荷F

F

初始弯曲载荷F

F

需要说明的是，上述计算均为矢量计算，其中动载系数可以取2.5-3中任意一个数值，m包括乘员、货物、自重以及设备重量，a

可以理解的是，在质量点处加载加速工况下制动载荷的过程可以为在质量点出施加一个大小为K

本实施例车架有限元分析方法中所述目标工况包括扭转工况，所述步骤S20，包括：

步骤S202：根据所述受力加载参数计算扭转工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷。

可以理解的是，扭转工况下，通过公式(1)计算弯曲载荷：

R

其中，K

具体地，初始弯曲载荷可以通过公式(2)计算：

F

其中，m包括乘员、货物、自重以及设备重量，a

需要说明的是，上述计算均为矢量计算，其中动载系数可以取2.5-3中任意一个数值，g＝9.8m/s

可以理解的是，在质量点处加载扭转工况下的弯曲载荷的过程可以为在质量点出施加一个大小为R

步骤S202：在车架右后端加载向上预设距离的强制位移，得到受力加载结果。

需要说明的是，扭转工况下车架的受力还来源于扭转载荷，但扭转载荷产生于路面不平对车身的造成的不对称支撑，故而本实施例中在施加弯曲载荷的同时增在车架右后端增加一个预设距离向上的强制位移，预设距离可以为40mm。

所述步骤S30，包括：

步骤S301：获取预设屈服强度安全系数和预设屈服强度阈值。

可以理解的是，屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。在外力大于屈服强度时，车架将会发生无法恢复的形变。通过获取车架对应的材质来确定预设屈服强度安全系数和预设屈服强度阈值。例如，在车架材质为大梁钢510L时，获取到预设屈服强度安全系数设置为1.5，预设屈服强度阈值为355MPa。

步骤S302：根据所述预设屈服强度安全系数和所述预设屈服强度阈值计算屈服应力阈值。

需要说明的是，将预设屈服强度阈值除以预设屈服强度安全系数，得到屈服应力阈值，例如，车架材质为大梁钢510L时，屈服应力阈值为355÷1.2＝237MPa。

步骤S303：在所述受力加载结果对应的应力小于所述屈服应力阈值时，得到目标工况下合格的车架强度分析结果。

可以理解的是，应力是指车架由于外力作用引起的在车架内各部分之间产生相互作用的内力，如果要保证车架的安全性，加速工况、制动工况以及转向工况的车架应力应小于屈服应力阈值。

本实施例通过加速工况、制动工况以及转向工况对应的加载策略分别进行载荷载荷加载，根据对应的屈服强度分析策略对车架进行分析，能够得到加速工况、制动工况以及转向工况下车架强度分析结果，更能真实的反映车架在加速工况、制动工况以及转向工况下的受力极限，对车架的设计更具有参考价值和指导意义，解决了现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有车架有限元分析程序，所述车架有限元分析程序被处理器执行时实现如上文所述的车架有限元分析方法的步骤。

参照图4，图4为本发明车架有限元分析装置第一实施例的结构框图。

如图4所示，本发明实施例提出的车架有限元分析装置包括：

建立模块10，用于在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点。

需要说明的是，预设车架有限元分析模型是提前通过ANSA Workbench或HypermeSh等软件对实体整车进行有限元模型构建得到的模型，得到车架有限元分析模型，整车质心处为是指整车质量中心，质量点为整车上被认为质量集中于此的一个假想点。质量点与车架之间可以通过刚性连接方式进行连接，也可以通过柔性方式进行连接。

进一步地，为了在质量点加载的受力能够更好的传递到车架上，从而使车架产生应力，所述质量点与车架通过柔性连接方式固定。

可以理解的是，刚性连接是指两个物体之间，当一个物体产生位移或受力时，与之相连的另一个物体不相对于第一个物体产生位移或相对变形，也就是两个物体连接为了一个整体。柔性连接就是允许相互连接的物体发生位移或转角，不限制某一方面的变形，也就是说允许出现变形。由于本实施例的对象主要是车架，因此将质量点与车架柔性连接更能观察车架的形变，故而使用柔性连接。

加载模块20，用于获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果。

可以理解的是，受力加载参数可以是质量和加速度，也可以是带有矢量属性的力。受力加载参数可以由用户手动输入，也可以通过受力加载参数生成程序自动生成，例如受力加载参数生成程序设置为质量由50kg每间隔10kg生成一个质量参数，直到上升至400kg，加速度设置为重力加速度9.8m/s

需要说明的是，目标工况可以包括匀速行驶工况、加速工况、制动工况、转向工况及扭转工况中的至少一种工况，每一种目标工况都有预先设置的工况加载策略，从而实现对不同工况通过不同加载策略进行加载。

分析模块30，用于根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。

可以理解的是，不同的目标工况都有预先设置的强度分析策略，从而实现对不同工况通过不同强度分析策略进行分析。强度分析策略包括屈服强度分析策略和疲劳强度分析策略。强度分析过程主要与车架对应的材质有关。

应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。

本实施例通过在预设车架有限元分析模型的整车质心处建立质量点；获取受力加载参数，根据目标工况对应的工况加载策略在所述质量点处加载所述受力加载参数，得到受力加载结果；根据所述目标工况对应的强度分析策略对所述受力加载结果进行分析，得到车架强度分析结果。通过上述方式，通过提供不同工况对应的加载策略以及车架强度分析策略，从而实现对汽车车架在不同工况下的受力情况分别进行分析，更能真实的反映车架的受力极限，对车架的设计更具有参考价值和指导意义，解决了现有有限元加载分析方法中对汽车车架的受力分析结果片面，缺乏真实性的技术问题。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的车架有限元分析方法，此处不再赘述。

在一实施例中，所述目标工况包括匀速行驶工况；

所述加载模块20，还用于根据所述受力加载参数计算匀速行驶工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷，得到受力加载结果。

在一实施例中，所述分析模块30，还用于获取预设疲劳强度安全系数和预设疲劳强度阈值；

根据所述预设疲劳强度安全系数和所述预设疲劳强度阈值计算疲劳应力阈值；

在所述受力加载结果对应的应力小于所述疲劳应力阈值时，得到匀速行驶工况下合格的车架强度分析结果。

在一实施例中，所述目标工况包括加速工况、制动工况以及转向工况；

所述加载模块20，还用于根据所述受力加载参数分别计算加速工况、制动工况以及转向工况下的制动载荷，在所述质量点处加载所述制动载荷，得到所述加速工况、所述制动工况以及所述转向工况对应的受力加载结果。

在一实施例中，所述目标工况包括扭转工况；

所述加载模块20，还用于根据所述受力加载参数计算扭转工况下的弯曲载荷，在所述质量点处加载所述弯曲载荷；

在车架右后端加载向上预设距离的强制位移，得到受力加载结果。

在一实施例中，所述分析模块30，还用于获取预设屈服强度安全系数和预设屈服强度阈值；

根据所述预设屈服强度安全系数和所述预设屈服强度阈值计算屈服应力阈值；

在所述受力加载结果对应的应力小于所述屈服应力阈值时，得到目标工况下合格的车架强度分析结果。

此外，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。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

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。