一种基于CAE仿真技术的复合材料车门结构优化方法与流程

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一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法
技术领域
1.本发明涉及车门结构优化技术领域，特别是涉及一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法。

背景技术：

2.当前，实现汽车节能减排的三条主要路径：一是发展新能源；二是推动动力总成电气化；三是降低整车阻力。汽车行驶过程需要克服的整车阻力主要包括滚动摩擦阻力、坡道阻力和空气阻力。除空气阻力外，滚动摩擦阻力、坡道阻力都与车重正相关，车越重，行驶阻力越大，牵引力需求越大，油耗或电耗和排放越高。
3.随着智能网联、新能源的快速驱动，轻量化成为当下乃至未来汽车行业发展方向之一，无论是节能汽车，还是新能源汽车，重量的减轻意味着油耗、电耗的降低或续驶里程的提升(动力成本的降低)、减排及性能的直接提升。
4.连续纤维复合轻质材料，在减重效果上明显优于高强钢，因而在汽车轻量化发展中得到了非常广泛的应用。
5.复合材料(composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。塑料复合材料具有密度小、比强度高、抗腐蚀性好、易成形从而降低了复杂零件的加工难度，塑料基的复合材料可设计性强，耐冲击并可绝热、不导电，因此，是汽车轻量化的重要材料。目前塑料复合材料主要应用在汽车内、外饰等装饰件上，但是近年来塑料复合材料正由内、外饰等装饰件向结构件发展，以减轻汽车结构件的质量。将塑料复合材料应用于汽车车门结构，凸显出的优势有：(1)减重：复合材料车门比金属车门减重25％～35％，为5～7kg，提升燃油经济性；(2)高度集成化：整体注塑成型，大幅减少零部件数量，省去焊接、节省装配等费用，减少装配工具，节约场地，进一步降低成本；(3)宽泛设计自由度：设计自由度更高，可实现金属钣金件难以成形的形状，造型美观，有利于空气动力学优化；(4)开关门的轻快性：随着轻量化，车门开关的轻快性加强，开关门的声音也随之减轻；(5)低模具成本：模具减少，具有更低的模具投入及更低模具维护维修费用；(6)轻微碰撞的低维修费：具备一定的弹性，低速碰撞时可复原，降低了维修概率，节省了维修成本；(7)质量稳定：稳定的部件质量,注塑产品相对于钣金焊接质量更稳定，可达到注塑机的一级表面；(8)其他优势：有更好的隔热，隔音、电绝缘性、化学耐腐蚀性。

技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，保证车门结构各项机械性能的同时，实现轻量化设计。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，包括：
8.步骤(1)：创建钢制对标件fea模型；
9.步骤(2)：对所述钢制对标件fea模型进行性能分析；
10.步骤(3)：基于所述钢制对标件fea模型性能分析的结果，创建复合材料车门结构fea模型；
11.步骤(4)：对所述复合材料车门结构fea模型进行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比；
12.步骤(5)：基于对比结果来优化所述复合材料车门结构fea模型。
13.所述步骤(2)具体为：通过对所述钢制对标件fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算钢制对标件fea模型的车门变形量，实现对所述钢制对标件fea模型进行性能分析。
14.所述步骤(3)中的复合材料车门结构采用连续纤维复合材料。
15.所述步骤(3)包括：
16.对连续纤维复合材料车门结构进行铺层设计；
17.对连续纤维复合材料车门结构进行成型工艺设计；
18.对连续纤维复合材料车门结构进行模态计算；
19.对连续纤维复合材料车门结构进行窗框刚度计算；
20.对连续纤维复合材料车门结构进行腰线刚度计算；
21.对连续纤维复合材料车门结构进行扭转刚度计算；
22.对连续纤维复合材料车门结构进行下垂刚度计算；
23.基于设计好的铺层、成型工艺、模态、窗框刚度、腰线刚度、扭转刚度和下垂刚度，以及计算好的钢制对标件fea模型的车门变形量，来创建复合材料车门结构fea模型。
24.所述步骤(4)具体为：通过对所述复合材料车门结构fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算复合材料车门结构fea模型的车门变形量，实现对所述复合材料车门结构fea模型进行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比。
25.有益效果
26.由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明保证车门结构各项机械性能的同时，实现轻量化设计；本发明充分利用先进的计算机辅助工程技术(cae)，通过建立合理的模型和参数，在轻量化复合材料车门结构设计方面提供了一种高效的方法，同时该方法也可推广应用于其他车型结构功能件的连续纤维复合材料轻量化设计当中。
附图说明
27.图1是本发明实施方式的方法流程图；
28.图2是本发明实施方式的车门窗框加载点示意图；
29.图3是本发明实施方式的车门外腰线加载点示意图；
30.图4是本发明实施方式的前后车门总成线框示意图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明
而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
32.本发明的实施方式涉及一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，充分利用先进的计算机辅助工程技术(cae)，通过建立合理的模型和参数，在轻量化复合材料车门结构设计方面提供了一种高效的优化方法，同时该方法也可推广应用于其他车型结构功能件的连续纤维复合材料轻量化设计中。
33.请参阅图1，本实施方式包括：
34.步骤(1)：创建钢制对标件fea模型—基于标杆cad数据；
35.步骤(2)：对所述钢制对标件fea模型进行性能分析；
36.步骤(3)：基于所述钢制对标件fea模型性能分析的结果，创建复合材料车门结构fea模型；
37.步骤(4)：对所述复合材料车门结构fea模型进行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比；
38.步骤(5)：基于对比结果来优化所述复合材料车门结构fea模型；
39.步骤(6)：当复合材料车门结构fea模型的性能满足预设要求时，输出复合材料车门结构fea模型的设计方案。
40.进一步地，所述步骤(2)具体为：先创建车门有限元模型(包括模型获取、网格划分、创建材料属性、创建连接关系、边界条件施加等过程，整个过程在hyperworks软件中实现)，再通过对所述钢制对标件fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算钢制对标件fea模型的车门变形量，实现对所述钢制对标件fea模型进行性能分析。
41.进一步地，所述步骤(3)中的车门结构采用连续纤维复合材料。
42.进一步地，所述步骤(3)包括：
43.(a)对连续纤维复合材料车门结构进行铺层设计；
44.(b)对连续纤维复合材料车门结构进行成型工艺设计；
45.(c)对连续纤维复合材料车门结构进行模态计算；
46.(d)对连续纤维复合材料车门结构进行窗框刚度计算；
47.(e)对连续纤维复合材料车门结构进行腰线刚度计算；
48.(f)对连续纤维复合材料车门结构进行扭转刚度计算；
49.(g)对连续纤维复合材料车门结构进行下垂刚度计算；
50.基于设计好的铺层、成型工艺、模态、窗框刚度、腰线刚度、扭转刚度和下垂刚度，创建复合材料车门结构fea模型，以及计算好的钢制对标件fea模型的车门变形量，来创建复合材料车门结构fea模型。本实施方式主要依托钢制车门计算结果，通过优化调整复合材料车门铺层ud单向带方案及壁厚使得复合材料车门结构fea模型性能优于钢制对标件fea车门结构。
51.进一步地，所述步骤(4)具体为：先创建车门有限元模型(包括模型获取、网格划分、创建材料属性、创建连接关系、边界条件施加等过程，整个过程在hyperworks软件中实现)，再通过对所述复合材料车门结构fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算复合材料车门结构fea模型的车门变形量，实现对所述复合材料车门结构fea模型进
行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比。
52.请参阅图2和图3，均为刚度分析示意图，图2中车门(包括前门和后门)窗框加载点的刚度，通过表1可以发现符合标准判定，同样地，图3的外腰线刚度测试也符合标准判定，表明本发明的复合材料车门结构fea模型性能较好。图4是前后车门总成示意图。
53.表1刚度对比结果表
[0054][0055]
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，其特征在于，包括：步骤(1)：创建钢制对标件fea模型；步骤(2)：对所述钢制对标件fea模型进行性能分析；步骤(3)：基于所述钢制对标件fea模型性能分析的结果，创建复合材料车门结构fea模型；步骤(4)：对所述复合材料车门结构fea模型进行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比；步骤(5)：基于对比结果来优化所述复合材料车门结构fea模型。2.根据权利要求1所述的基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：通过对所述钢制对标件fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算钢制对标件fea模型的车门变形量，实现对所述钢制对标件fea模型进行性能分析。3.根据权利要求2所述的基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中的复合材料车门结构采用连续纤维复合材料。4.根据权利要求3所述的基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：对连续纤维复合材料车门结构进行铺层设计；对连续纤维复合材料车门结构进行成型工艺设计；对连续纤维复合材料车门结构进行模态计算；对连续纤维复合材料车门结构进行窗框刚度计算；对连续纤维复合材料车门结构进行腰线刚度计算；对连续纤维复合材料车门结构进行扭转刚度计算；对连续纤维复合材料车门结构进行下垂刚度计算；基于设计好的铺层、成型工艺、模态、窗框刚度、腰线刚度、扭转刚度和下垂刚度，以及计算好的钢制对标件fea模型的车门变形量，来创建复合材料车门结构fea模型。5.根据权利要求1所述的基于cae仿真技术的复合材料车门结构优化方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：通过对所述复合材料车门结构fea模型的在窗框、车门内外腰线、门锁区域施加载荷并计算复合材料车门结构fea模型的车门变形量，实现对所述复合材料车门结构fea模型进行性能分析，并将复合材料车门结构fea模型性能与钢制对标件fea模型性能进行对比。

技术总结

本发明涉及一种基于CAE仿真技术的复合材料车门结构优化方法，包括：步骤(1)：创建钢制对标件FEA模型；步骤(2)：对所述钢制对标件FEA模型进行性能分析；步骤(3)：基于所述钢制对标件FEA模型性能分析的结果，创建复合材料车门结构FEA模型；步骤(4)：对所述复合材料车门结构FEA模型进行性能分析，并将复合材料车门结构FEA模型性能与钢制对标件FEA模型性能进行对比；步骤(5)：基于对比结果来优化所述复合材料车门结构FEA模型。本发明保证车门结构各项机械性能的同时，实现轻量化设计。实现轻量化设计。实现轻量化设计。