汽车内饰结构的性能分析方法及系统与流程
本发明涉及cae仿真技术领域，具体是涉及一种汽车内饰结构的性能分析方法及系统。
背景技术：
在汽车内饰系统的设计和试验过程中，会用cae(computeraidedengineering，计算机辅助工程)求解分析产品的结构力学性能。在内饰系统的设计中，cae仿真技术可以做静态结构分析、动态分析；结构和材料的线性、非线性问题；分析流体、光学、热力学问题等等。
cae仿真流程中，前期建模会占用很大一部分时间，特别是内饰件多为塑料件，厚度不均，造型复杂，连接关系多，边界条件和外部载荷繁复，并且在计算中存在大量的接触关系。为了验证不同的设计效果，常常需要对模型进行修改优化，开发项目往往会经历几轮的设计、建模、优化过程。
内饰cae分析包括产品结构的刚、强度分析，碰撞安全分析，热变形分析，nvh分析等等。其中指压刚性，头碰分析是最能反映内饰产品结构性能的常规分析。这两种分析都需要计算几十个加载位置的模型；同时建模时各个零件之间的连接总数可达上千个，工程师往往会花费大量的时间在建模上，并且很容易出错。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种汽车内饰结构的性能分析方法及系统，快速连接零件网格的功能，能迅速的创建一个连接单元，并自动建立单元局部坐标系，完成连接单元的属性、材料设置。
第一方面，提供一种汽车内饰结构的性能分析方法，包括以下步骤：
根据零部件三维模型划分网格模型，并获取初始约束和材料属性；
根据所述网格模型、初始约束和材料属性建立基本模型，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，所述连接单元包括单元属性和单元材料；
基于所述产品模型进行指压分析和头碰分析。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，包括以下步骤：
获取所述网格模型上的任意两个网格节点，分别存入第一内存数组和第二内存数组；
根据所述第一内存数组创建第一单元，根据所述第二内存数组创建第二单元，以所述第一单元和所述第二单元主节点为端点创建第三单元；
以所述第一单元的主节点为原点，以通过所述第一单元和所述第二单元的主节点的方向为z轴创建局部坐标系；
创建所述第三单元的单元属性，定义单元平移连接属性和旋转连接属性，将单元、单元属性、单元材料以及独立坐标系进行关联。
根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，基于所述产品模型进行指压分析，包括以下步骤：
获取加载点，并在内存中创建对应坐标数组；
对所述加载点进行排序；
将压头移到加载点处，调整压头姿态，使其加载方向正对零件外表面；
创建接触从面，获取过盈量和计算工况。
根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，创建连接单元，基于所述产品模型进行头碰分析，包括以下步骤：
获取球头的中心点坐标和球头与零件接触点的坐标并存入表格文件；
打开所述表格文件，调用扩展功能读取所述表格文件的数据并按顺序存入内存数组，根据所述球头中心点坐标和与零件接触点的坐标计算出冲击球头的导向点坐标；
导入球头模型，若球头锚点和球心不在工况位置，调用移动旋转命令调整球头姿态，使球头锚点和冲击球头的导向点坐标重合，使球头中心和球头中心点坐标重合。
加载计算工况，创建接触，创建控制卡片，创建接触信息，并将模型保存为可计算的数字模型。
第二方面，提供一种汽车内饰结构的性能分析系统，包括：
数据获取模块，用于根据零部件三维模型划分网格模型，并获取初始约束和材料属性；
模型建立模块，与所述数据获取模块连接，用于：根据所述网格模型、初始约束和材料属性建立基本模型，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，所述连接单元包括单元属性和单元材料；
模型分析模块，与所述模型建立模块连接，用于：基于所述产品模型进行指压分析和头碰分析。
根据第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述模型建立模块，获取所述网格模型上的任意两个网格节点，分别存入第一内存数组和第二内存数组；根据所述第一内存数组创建第一单元，根据所述第二内存数组创建第二单元，以所述第一单元和所述第二单元主节点为端点创建第三单元；以所述第一单元的主节点为原点，以通过所述第一单元和所述第二单元的主节点的方向为z轴创建局部坐标系；创建所述第三单元的单元属性，定义单元平移连接属性和旋转连接属性，将单元、单元属性、单元材料以及独立坐标系进行关联。
根据第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述模型分析模块包括：获取加载点，并在内存中创建对应坐标数组；对所述加载点进行排序；将压头移到加载点处，调整压头姿态，使其加载方向正对零件外表面；创建接触从面，获取过盈量和计算工况。
根据第二方面，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述模型分析模块包括：获取球头的中心点坐标和球头与零件接触点的坐标并存入表格文件；打开所述表格文件，调用扩展功能读取所述表格文件的数据并按顺序存入内存数组，根据所述球头中心点坐标和与零件接触点的坐标计算出冲击球头的导向点坐标；导入球头模型，若球头锚点和球心不在工况位置，调用移动旋转命令调整球头姿态，使球头锚点和冲击球头的导向点坐标重合，使球头中心和球头中心点坐标重合。加载计算工况，创建接触，创建控制卡片，创建接触信息，并将模型保存为可计算的数字模型。
与现有技术相比，本发明快速连接零件网格的功能，能迅速的创建一个连接单元，并自动建立单元局部坐标系，完成连接单元的属性、材料设置。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图；
图2是本发明实施例的流程示意图；
图3是本发明实施例的流程示意图；
图4是本发明实施例的流程示意图；
图5是本发明实施例的流程示意图；
图6是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
以hypermesh前处理软件为平台，通过tcl/tk编写了一套适用于内饰产品结构性能cae分析的前处理程序，本程序主要针对前期建模中，需要花费工程师大量时间建模的步骤，包括模型连接、指压刚性建模、模型转换、头碰分析建模，运用此程序能够显著缩短分析周期，提升工作效率。
内饰产品结构性能的好坏有很多影响因素，其中产品的结构刚性，产品的安全性能是最重要的两个性能指标。在cae计算中，我们通常使用abaqus求解器做隐式分析计算产品的结构刚性，使用dyna求解器做显示分析计算产品的安全性能。内饰结构包括仪表板、副仪表板、门板，常用指压刚性评价其结构刚性；头碰分析评价仪表板、副仪表板的安全性能。因此针对整个内饰产品结构性能的cae分析开放的二次开发程序，应该解决模型连接，指压刚性分析建模，头碰分析建模这几个花费时间较长的问题。
参见图1所示，本发明实施例提供一种汽车内饰结构的性能分析方法，包括以下步骤：
根据零部件三维模型划分网格模型，并获取初始约束和材料属性；
根据所述网格模型、初始约束和材料属性建立基本模型，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，所述连接单元包括单元属性和单元材料；
基于所述产品模型进行指压分析和头碰分析。
具体的，本实施例中，如图2所示，首先根据零件3d模型划分网格模型，并且设置好初始约束和材料属性。因为内饰件结构造型复杂，所以一般会拆分成很多不同功能的零件，各个零件之间有各种装备关系，如焊接、卡扣连接、螺钉连接等等。一套内饰系统可能有上千个连接，每个连接在不同的位置上都需要建立一个独立坐标系，并且不同类型的连接在独立坐标系各个方向的刚度不同。工程师首先在abaqus求解器环境中建立基本模型，并完成各零件之间的连接。本程序开发了一个快速连接零件网格的功能，能迅速的创建一个连接单元，并自动建立单元局部坐标系，完成连接单元的属性、材料设置。完成模型后需要分别计算产品的结构刚性和安全性能，这两种性能要求通常会造成结构优化方向上的冲突，如果仿真结果不合格，则需要不断调整零件结构，连接关系和位置，并重新计算新模型的结构刚性和安全性能，直到两种仿真结果都合格。指压分析结果是内饰产品外表面结构刚性一个重要衡量标准，头碰分析是内饰产品安全性能一个重要衡量标准。
可选地，在本申请另外的实施例中，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，包括以下步骤：
获取所述网格模型上的任意两个网格节点，分别存入第一内存数组和第二内存数组；
根据所述第一内存数组创建第一单元，根据所述第二内存数组创建第二单元，以所述第一单元和所述第二单元主节点为端点创建第三单元；
以所述第一单元的主节点为原点，以通过所述第一单元和所述第二单元的主节点的方向为z轴创建局部坐标系；
创建所述第三单元的单元属性，定义单元平移连接属性和旋转连接属性，将单元、单元属性、单元材料以及独立坐标系进行关联。
具体的，本实施例中，如图3所示，快速建连接关键技术如下：在abaqus环境中建模，用户使用conn3d2作为连接单元。程序根据用户选择的节点组，自动建立conn3d2单元。用户选择零件上网格节点，程序存入内存数组1，用户选择零件上网格节点，程序存入内存数组2。程序自动创建一个单独的component，并按命名规则命名component。程序根据数组1创建rigid单元r1，根据数组2创建rigid单元r2，在新component内以r1、r2主节点为端点创建conn3d2单元。程序以r1主节点为原点，以通过r1、r2主节点的方向为z轴创建局部坐标系。程序自动创建一个conn3d2单元属性，定义单元平移连接属性(translationaltype)和旋转连接属性(rotationaltype)，然后将单元、单元属性、单元材料、独立坐标系关联起来。
可选地，在本申请另外的实施例中，基于所述产品模型进行指压分析，包括以下步骤：
获取加载点，并在内存中创建对应坐标数组；
对所述加载点进行排序；
将压头移到加载点处，调整压头姿态，使其加载方向正对零件外表面；
创建接触从面，获取过盈量和计算工况。
具体的，本实施例中，指压分析自动加载如下：(1)用户在模型内的网格节点或几何外表面上用创建point的方式标记加载点，程序自动识别point，并在内存中创建对应坐标数组。(2)程序需要完成以下几个工作1.将用户创建的point点进行排序2.将压头移到加载点处3.调整压头姿态，使其加载方向正对零件外表面4.创建接触从面5.设置过盈量6.设置计算工况，并保存到所有计算文件中。
详细说明程序执行过程如图4所示：
1、用户创建的point点多达几十个，hypermesh识别point点，将每个point点的编号和坐标存入数组1
2、程序自动调用hypermesh内置命令导入压头文件，导入后的压头锚点在坐标原点处(0,0,0，)，程序自动根据数组1内的第一组数[p1；x1；y1；z1]的坐标值，调用hypermesh内置命令移动压头，使压头锚点和p1点坐标重合。
3、零件外表面不规则，压头移动到加载点后，法向并不是正对零件表面。程序以p1点为球心，默认搜索距离(用户可调)为半径，搜索零件外表面单元格,并调用hypermesh命令查询每个单元格法向，存入数组2
5、接触分析需要完成接触对，接触对需要指定接触主面和接触从面，压头文件已经定义接触主面，程序主要完成接触从面的建立。具体方法如流程图。程序调用hypermesh内置命令“box”搜索方式以p1(x1,y1,z1)为中心，(nj1；nj2；nj3)为方向，默认棱长(用户可调)搜索零件表面单元，创建单元组，并将单元组设置为接触从面。
6、接触分析中接触对保持一定过盈量有助于计算的收敛，程序调用hypermesh内置命令以nj1，nj2，nj3为方向将压头移动距离d(d＝零件厚度/2-预设过盈)。完成后接触对保存预设过盈(用户可调)。
7、程序可以自动设置载荷工况，包括加载力的大小方向和约束等等，如果用户需要调整，程序预留了调整界面，调用hypermesh内置命令显示工况设置窗口，用户只需设置一次工况，程序会将新工况写入内存，在建立后续所有加载点的计算模型时，读取内存，复制到后续模型工况中，并将后续模型自动保存为可直接计算的数字模型。
可选地，在本申请另外的实施例中，基于所述产品模型进行头碰分析，包括以下步骤：
获取球头的中心点坐标和球头与零件接触点的坐标并存入表格文件；
打开所述表格文件，调用扩展功能读取所述表格文件的数据并按顺序存入内存数组，根据所述球头中心点坐标和与零件接触点的坐标计算出冲击球头的导向点坐标；
导入球头模型，若球头锚点和球心不在工况位置，调用移动旋转命令调整球头姿态，使球头锚点和冲击球头的导向点坐标重合，使球头中心和球头中心点坐标重合。
加载计算工况，创建接触，创建控制卡片，创建接触信息，并将模型保存为可计算的数字模型。
具体的，本实施例中，头碰分析自动加载如图5所示，程序完成以下几个工作1.读取冲击球头中心点坐标和与零件接触点的坐标2.程序计算冲击导向点3.调整冲击球头姿态4.加载计算工况，并保存到所有计算文件中。1.工程师将球头的中心点坐标和球头与零件接触点的坐标输入空白excel。2.程序自动打开excel文件，调用hypermesh扩展功能读取excel数据并按顺序存入内存数组。程序内置函数公式，根据冲击球头中心点坐标和与零件接触点的坐标计算出冲击球头的导向点坐标。3.程序导入球头模型，球头锚点和球心不在工况位置，程序调用hypermesh内置移动旋转命令，调整球头姿态，使球头锚点和冲击球头的导向点坐标重合，使球头中心和球头中心点坐标重合。程序自动加载计算工况，创建接触，创建控制卡片，创建接触信息，并把模型保存为可计算的数字模型。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
参见图6所示，本发明实施例提供一种汽车内饰结构的性能分析系统，包括以下步骤：
数据获取模块，用于根据零部件三维模型划分网格模型，并获取初始约束和材料属性；
模型建立模块，与所述数据获取模块连接，用于：根据所述网格模型、初始约束和材料属性建立基本模型，创建连接单元，并自动建立单元局部坐标系得到产品模型，所述连接单元包括单元属性和单元材料；
模型分析模块，与所述模型建立模块连接，用于：基于所述产品模型进行指压分析和头碰分析。
所述模型建立模块，获取所述网格模型上的任意两个网格节点，分别存入第一内存数组和第二内存数组；根据所述第一内存数组创建第一单元，根据所述第二内存数组创建第二单元，以所述第一单元和所述第二单元主节点为端点创建第三单元；以所述第一单元的主节点为原点，以通过所述第一单元和所述第二单元的主节点的方向为z轴创建局部坐标系；创建所述第三单元的单元属性，定义单元平移连接属性和旋转连接属性，将单元、单元属性、单元材料以及独立坐标系进行关联。
所述模型分析模块包括：获取加载点，并在内存中创建对应坐标数组；对所述加载点进行排序；将压头移到加载点处，调整压头姿态，使其加载方向正对零件外表面；创建接触从面，获取过盈量和计算工况。
所述模型分析模块包括：获取球头的中心点坐标和球头与零件接触点的坐标并存入表格文件；打开所述表格文件，调用扩展功能读取所述表格文件的数据并按顺序存入内存数组，根据所述球头中心点坐标和与零件接触点的坐标计算出冲击球头的导向点坐标；导入球头模型，若球头锚点和球心不在工况位置，调用移动旋转命令调整球头姿态，使球头锚点和冲击球头的导向点坐标重合，使球头中心和球头中心点坐标重合。加载计算工况，创建接触，创建控制卡片，创建接触信息，并将模型保存为可计算的数字模型。
具体的，本实施例中各个模块的具体实施步骤在上述对应的方法实施例中已经进行了一一说明，此处不做具体阐述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器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(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)、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。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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