| 专利名称： | 车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法 | ||
| 专利名称(英文)： | Shell plate sinking-resistance simulation analysis method of car body outer covering part | ||
| 专利号： | CN201410060225.6 | 申请时间： | 20140221 |
| 公开号： | CN104866634A | 公开时间： | 20150826 |
| 申请人： | 广州汽车集团股份有限公司 | ||
| 申请地址： | 510030 广东省广州市越秀区东风中路448-458号成悦大厦23楼 | ||
| 发明人： | 王力 | ||
| 分类号： | G06F17/50 | 主分类号： | G06F17/50 |
| 代理机构： | 深圳众鼎专利商标代理事务所(普通合伙) 44325 | 代理人： | 谭果林; 朱业刚 |
| 摘要： | 本发明提供一种车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，包括：创建压头三维模型；对所述压头三维模型划分有限元网格；赋予划分的所述压头的有限元网格材料属性，得到压头有限元模型；将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型中；在所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制位移，然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置；运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。本发明的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，在压头的参考点上加载的是指定强制位移，保证了压头与车身外覆盖件外板接触分析较容易收敛，减少了仿真分析的模型调试时间，极大地提高了仿真分析的效率和精度。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention provides a shell plate sinking-plate simulation analysis method for a car body outer covering part. The method comprises the following steps : creating a pressure head three-dimensional model; dividing a finite element mesh for the pressure head three-dimensional model; endowing material attribute for the divided finite element mesh of the pressure head to obtain a pressure head finite element model; introducing the pressure head finite element model into a finite element model of a to-be-analyzed car body outer covering part; loading an appointed forced displacement vertical to the shell plate of the car body outer cover part on a preset reference point of the pressure head, and then unloading the appointed forced displacement to enable the pressure head to back to an initial position; computing to obtain sinking-resistance analysis data of a sinking-resistance analysis point. Through the adoption of the shell plate sinking-plate simulation analysis method for the car body outer covering part, the appointed forced displacement is loaded on the reference point of the pressure head to guarantee that the contact analysis of the pressure head and the shell plate of the car body outer covering part is easy to converge, the model debugging time of the simulation analysis is reduced, and the efficiency and the precision of the simulation analysis are greatly improved. | ||
1.一种车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征在于，所述方法包 括： 创建压头三维模型； 对所述压头三维模型划分有限元网格； 赋予划分的所述压头的有限元网格材料属性，得到压头有限元模型； 将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型中，并 使所述压头垂直于所述车身外覆盖件外板的外表面且所述压头正对所述车身外 覆盖件外板上预设的抗凹分析点，调整所述压头与所述抗凹分析点的距离至一 预设距离； 根据预定义的所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性，在 所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制位移， 然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置； 运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。
2.根据权利要求1所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，创建的所述压头三维模型包括压头主体及连接在所述压头主体一端部的 压头头部。
3.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头主体呈圆筒状，所述压头头部呈圆弧形，所述压头头部的底部 与所述压头主体一端部对接。
4.根据权利要求3所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头本体的外径为80mm，所述压头头部的外表面的圆弧半径为 132.2mm；所述压头本体的长度为36mm，所述压头本体的壁厚为2mm，所述压 头头部的壁厚为2mm。
5.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述“对所述压头三维模型划分有限元网格”具体为： 对所述压头三维模型的压头本体划分为壳单元形式的有限元网格，对所述 压头三维模型的压头本体划分为实体单元形式的有限元网格。
6.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性预定义为： 定义所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面为接触面， 所述车身外覆盖件外板的外表面为主面，所述压头头部的外表面为从面，所述 压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的接触方式为小滑移。
7.根据权利要求1所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述指定强制位移通过如下方法获得： 在所述参考点上加载一大于所述指定强制位移的极限强制位移，设置所述 参考点处输出接触反力； 运算得到在所述压头移动过程中的所述抗凹分析点的位移数据及所述参考 点处的接触反力数据； 设定所述抗凹分析点在所述参考点处输出指定接触反力时的位移为所述指 定强制位移。
8.根据权利要求7所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述极限强制位移的值为20mm。
9.根据权利要求7所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述指定接触反力的值为400N。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分 析方法，其特征在于，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”包 括： 运算得到所述抗凹分析点在所述压头移动过程中的位移数据，以此获得所 述抗凹分析点的最大变形及残余变形； 运算得到所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。
11.根据权利要求10所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特 征在于，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”之后还包括： 结合所述抗凹分析点的位移数据及所述参考点处输出的接触反力数据，绘 制所述车身外覆盖件外板的抗凹分析加载-卸载曲线，所述抗凹分析加载-卸载曲 线由加载曲线及卸载曲线构成，其中， 所述加载曲线表示在所述压头朝向所述车身外覆盖件外板移动的过程中， 所述抗凹分析点的位移与所述参考点处输出的接触反力的对应关系； 所述卸载曲线表示在所述压头回退过程中，所述抗凹分析点的位移与所述 参考点处输出的接触反力的对应关系。
1.一种车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征在于，所述方法包 括： 创建压头三维模型； 对所述压头三维模型划分有限元网格； 赋予划分的所述压头的有限元网格材料属性，得到压头有限元模型； 将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型中，并 使所述压头垂直于所述车身外覆盖件外板的外表面且所述压头正对所述车身外 覆盖件外板上预设的抗凹分析点，调整所述压头与所述抗凹分析点的距离至一 预设距离； 根据预定义的所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性，在 所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制位移， 然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置； 运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。
2.根据权利要求1所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，创建的所述压头三维模型包括压头主体及连接在所述压头主体一端部的 压头头部。
3.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头主体呈圆筒状，所述压头头部呈圆弧形，所述压头头部的底部 与所述压头主体一端部对接。
4.根据权利要求3所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头本体的外径为80mm，所述压头头部的外表面的圆弧半径为 132.2mm；所述压头本体的长度为36mm，所述压头本体的壁厚为2mm，所述压 头头部的壁厚为2mm。
5.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述“对所述压头三维模型划分有限元网格”具体为： 对所述压头三维模型的压头本体划分为壳单元形式的有限元网格，对所述 压头三维模型的压头本体划分为实体单元形式的有限元网格。
6.根据权利要求2所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性预定义为： 定义所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面为接触面， 所述车身外覆盖件外板的外表面为主面，所述压头头部的外表面为从面，所述 压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的接触方式为小滑移。
7.根据权利要求1所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述指定强制位移通过如下方法获得： 在所述参考点上加载一大于所述指定强制位移的极限强制位移，设置所述 参考点处输出接触反力； 运算得到在所述压头移动过程中的所述抗凹分析点的位移数据及所述参考 点处的接触反力数据； 设定所述抗凹分析点在所述参考点处输出指定接触反力时的位移为所述指 定强制位移。
8.根据权利要求7所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述极限强制位移的值为20mm。
9.根据权利要求7所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特征 在于，所述指定接触反力的值为400N。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分 析方法，其特征在于，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”包 括： 运算得到所述抗凹分析点在所述压头移动过程中的位移数据，以此获得所 述抗凹分析点的最大变形及残余变形； 运算得到所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。
11.根据权利要求10所述的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，其特 征在于，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”之后还包括： 结合所述抗凹分析点的位移数据及所述参考点处输出的接触反力数据，绘 制所述车身外覆盖件外板的抗凹分析加载-卸载曲线，所述抗凹分析加载-卸载曲 线由加载曲线及卸载曲线构成，其中， 所述加载曲线表示在所述压头朝向所述车身外覆盖件外板移动的过程中， 所述抗凹分析点的位移与所述参考点处输出的接触反力的对应关系； 所述卸载曲线表示在所述压头回退过程中，所述抗凹分析点的位移与所述 参考点处输出的接触反力的对应关系。
翻译：技术领域
本发明涉及汽车车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析技术领域，特别是涉及 一种车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法。
背景技术
汽车的车身外覆盖件外板（如车门外板、侧围外板、翼子板、发动机罩外 板、后备箱外板及车顶外板等）在承受一定载荷的情况下会发生变形，即所谓 的“凹陷”，通常把车身外覆盖件外板承受外部载荷作用，抵抗凹陷挠曲及局部凹 陷变形、保持原有形状的能力称为车身外覆盖件外板的抗凹性。由于汽车外覆 盖件外板能够被消费者所见，如果外板在承受较小的载荷即发生较大的变形， 将严重影响消费者对于汽车质量的印象，甚至会造成整个品牌的“质量危机”，造 成企业的重大经济损失。因此，必须要保证车身外覆盖件具有足够的抗凹性。 采用仿真分析的方法来预研究车身外覆盖件外板的抗凹性，能够大大降低开发 成本，同时还可以提高开发效率，且能保证在样车制造之前，就能达到设计目 标。可见，车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析具有重要的实用价值。
目前，行业内的仿真分析方法加载方式均为集中力或均布载荷，当外板的 外表面曲率复杂时，由于在集中力或均布载荷的加载过程中车身外覆盖件外板 存在不断变化的曲率，压头与车身外覆盖件外板接触过程中容易产生接触错误， 即压头与车身外覆盖件外板的外表面接触分析不易收敛，进而增加了模型调试 时间，使得仿真分析的效率和精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分 析方法在加载过程中压头与车身外覆盖件外板的外表面接触分析不易收敛进而 增加了模型调试时间的缺陷，提供一种车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，提供一种车身外覆盖件外 板抗凹性仿真分析方法，所述方法包括：
创建压头三维模型；
对所述压头三维模型划分有限元网格；
赋予划分的所述压头的有限元网格材料属性，得到压头有限元模型；
将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型中，并 使所述压头垂直于所述车身外覆盖件外板的外表面且所述压头正对所述车身外 覆盖件外板上预设的抗凹分析点，调整所述压头与所述抗凹分析点的距离至一 预设距离；
根据预定义的所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性，在 所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制位移， 然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置；
运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。
进一步地，创建的所述压头三维模型包括压头主体及连接在所述压头主体 一端部的压头头部。
进一步地，所述压头主体呈圆筒状，所述压头头部呈圆弧形，所述压头头 部的底部与所述压头主体一端部对接。
进一步地，所述压头本体的外径为80mm，所述压头头部的外表面的圆弧半 径为132.2mm；所述压头本体的长度为36mm，所述压头本体的壁厚为2mm， 所述压头头部的壁厚为2mm。
进一步地，所述“对所述压头三维模型划分有限元网格”具体为：
对所述压头三维模型的压头本体划分为壳单元形式的有限元网格，对所述 压头三维模型的压头本体划分为实体单元形式的有限元网格。
进一步地，所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性预定义 为：
定义所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面为接触面， 所述车身外覆盖件外板的外表面为主面，所述压头头部的外表面为从面，所述 压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的接触方式为小滑移。
进一步地，所述指定强制位移通过如下方法获得：
在所述参考点上加载一大于所述指定强制位移的极限强制位移，设置所述 参考点处输出接触反力；
运算得到在所述压头移动过程中的所述抗凹分析点的位移数据及所述参考 点处的接触反力数据；
设定所述抗凹分析点在所述参考点处输出指定接触反力时的位移为所述指 定强制位移。
进一步地，所述极限强制位移的值为20mm。
进一步地，所述指定接触反力的值为400N。
进一步地，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”包括：
运算得到所述抗凹分析点在所述压头移动过程中的位移数据，以此获得所 述抗凹分析点的最大变形及残余变形；
运算得到所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。
进一步地，所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”之后还包 括：
结合所述抗凹分析点的位移数据及所述参考点处输出的接触反力数据，绘 制所述车身外覆盖件外板的抗凹分析加载-卸载曲线，所述抗凹分析加载-卸载曲 线由加载曲线及卸载曲线构成，其中，
所述加载曲线表示在所述压头朝向所述车身外覆盖件外板移动的过程中， 所述抗凹分析点的位移与所述参考点处输出的接触反力的对应关系；
所述卸载曲线表示在所述压头回退过程中，所述抗凹分析点的位移与所述 参考点处输出的接触反力的对应关系。
根据本发明的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，在压头的参考点上 加载的是指定强制位移（一种强制边界条件），并且较优的指定强制位移可以预 先得到，因此，分析过程中无需考虑车身外覆盖件外板的曲率变化，不管加载 过程中车身外覆盖件外板的状态如何，车身外覆盖件外板的抗凹分析点最终都 要达到这个强制位移，并且压头的运动方向也被强制，压头不会产生滑移，这 样，压头与车身外覆盖件外板接触过程更加流畅，且几乎不用考虑压头与车身 外覆盖件外板接触过程中的接触错误等问题，极大地提高了模型调试的效率， 减少了模型调试时间，提高了接触分析的收敛速度，极大地提高了仿真分析的 效率和精度。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法的流 程框图；
图2是压头三维模型的半剖图；
图3是压头三维模型的俯视图；
图4是压头有限元模型的示意图；
图5是本发明另一实施例提供的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法的 流程框图；
图6是抗凹分析加载-卸载曲线的示意图。
附图标记如下：
10、压头本体；20、压头头部。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以 下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。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。
如图1所示，本发明一实施例提供的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方 法包括如下步骤：
101、创建压头三维模型；本实施例中，创建的所述压头三维模型如图2及 图3所示，其包括压头主体10及连接在所述压头主体10一端部的压头头部20。 创建压头三维模型的软件可以是Auto CAD、Catia及UG等。优选地，所述压头 主体10呈圆筒状，所述压头头部20呈圆弧形，所述压头头部20的底部与所述 压头主体10一端部对接。压头本体10外径不能太大也不能太小，太大则不能 检测出局部区域的抗凹性；太小将导致需要检测的点过多，使工作量大增，且 为了更好的考察外板的抗凹性，压头头部20设置为圆弧形；优选地，所述压头 本体10的外径D1为80mm，所述压头头部的外表面的圆弧半径R1为132.2mm； 另外，所述压头本体的长度L1为36mm，所述压头本体的壁厚为2mm，所述压 头头部20的壁厚为2mm；优选地，所述压头头部20的内表面与其外表面平行， 即所述压头头部20的内表面的圆弧半径为132.2mm。
当然，在其它实施例中，创建的所述压头三维模型也可是现有的半球形压 头或圆筒形压头。
102、对创建的所述压头三维模型进行几何清理。所述几何清理在前处理软 件中进行，所述几何清理包括去除压头三维模型中不必要的点、线、小倒角与 小圆孔，以及补足压头三维模型中缺失的面与线。所述前处理软件为有限元分 析软件，例如Hypermesh或ANSYS。
103、对所述压头三维模型划分有限元网格；本实施例中，如图4所示，对 所述压头三维模型的压头本体10划分为壳单元形式的有限元网格W1，对所述 压头三维模型的压头本体20划分为实体单元形式的有限元网格W2。优选地， 有限元网格W1与有限元网格W2的边长为6mm。压头本体10在仿真分析过程 中不与外覆盖件表面接触，适合采用壳单元划分有限元网格，没有必要全部画 成实体单元。这样处理可以减少压头网格数量，减少模型计算时间。对所述压 头三维模型划分有限元网格的过程也在上述的前处理软件中进行。若划分的有 限元风格不符合要求（尺寸或雅克比矩阵不符合要求），则重新对所述压头三维 模型0划分有限元网格，直到合格为止。
104、赋予所述压头三维模型所划分的有限元网格整体为刚体属性，得到压 头有限元模型。即本实施例中，压头的材料属性为刚体。
105、将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型 中，并使所述压头垂直于所述车身外覆盖件外板的外表面且所述压头正对所述 车身外覆盖件外板上预设的抗凹分析点，调整所述压头与所述抗凹分析点的距 离至一预设距离；接触面之间预留一定的间隙（预设距离），能够使接触过程更 加平缓，有利于接触分析收敛。该预设距离的优选值为1mm。本实施例中，车 身外覆盖件的有限元模型存在于ABAQUS或者Radioss软件中，即压头有限元 模型导入至ABAQUS或者Radioss软件中进行仿真分析。
106、根据预定义的所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属 性，在所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制 位移，然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置。
本实施例中，所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性预定 义为：
定义所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面为接触面， 所述车身外覆盖件外板的外表面为主面，所述压头头部的外表面为从面，所述 压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的接触方式为小滑移。将 较硬的面（车身外覆盖件外板的外表面）设置为主面，较软的面（压头头部的 外表面）设置为从面，使压头与车身外覆盖件外板的接触分析更容易收敛。实 际接触过程中，压头的轴线应当保持在相同的位置，不允许接触面之间发生较 大的滑移，因此，所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的 接触方式设置为小滑移。接触属性可在ABAQUS或者Radioss软件中事先设定。
本实施例中，所述参考点为所述压头本体的几何中心。所述指定强制位移 加载在所述压头本体的几何中心处。
本实施例中，所述指定强制位移Xr通过如下方法预先获得：
在所述参考点上加载一大于所述指定强制位移Xr的极限强制位移X0，设置 所述参考点处输出接触反力；
运算得到在所述压头移动过程中的所述抗凹分析点的位移数据及所述参考 点处的接触反力数据；该运算在ABAQUS或者Radioss软件中进行，其运算方 法为软件的自带功能。
设定所述抗凹分析点在所述参考点处输出指定接触反力时的位移为所述指 定强制位移Xr。优选地，此处极限强制位移X0的值为设为20mm。因为，经过 大量实践和数据积累，发现当加载在压头上的强制位移X0设为20mm时，所述 参考点处输出的接触反力均大于400N。优选地，所述指定接触反力的值为400N， 所述指定强制位移的值为10mm。因为，经过大量实践和数据积累，在所述参考 点处输出的接触反力为400N时，可以详细的研究车身外覆盖件外板的抗凹过 程，且能识别车身外覆盖件外板发生屈曲时的载荷。如图6所示，本实施例中， 在所述参考点处输出的接触反力为400N时，其所对应的指定强制位移Xr为 10mm。
107、运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。
本实施例中，所述抗凹性分析数据包括所述抗凹分析点在所述压头移动过 程中的位移数据及所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。 所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”包括：
（1）运算得到所述抗凹分析点在所述压头移动过程中的位移数据，以此获 得所述抗凹分析点的最大变形及残余变形；在加载过程中，指定强制位移Xr完 全加载时，所述抗凹分析点的位移对应于所述抗凹分析点的最大变形；而在卸 载过程中，指定强制位移Xr完全加载时，所述抗凹分析点的位移对应于所述抗 凹分析点的残余变形（永久变形）。上述的运算得到所述抗凹分析点在所述压头 移动过程中的位移数据在ABAQUS或者Radioss软件中进行，其运算方法为软 件自带的功能。通过评价最大变形及残余变形这两个参数，来控制车身外覆盖 件外板抗凹性能满足设计要求。
（2）运算得到所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。
108、结合所述抗凹分析点的位移数据及所述参考点处输出的接触反力数 据，绘制所述车身外覆盖件外板的抗凹分析加载-卸载曲线，所述抗凹分析加载- 卸载曲线由加载曲线及卸载曲线构成；典型的抗凹分析加载-卸载曲线如图6所 示，其中，图6中的实线表示加载曲线，而虚线表示卸载曲线。所述加载曲线 表示在所述压头朝向所述车身外覆盖件外板移动的过程中，所述抗凹分析点的 位移与所述参考点处输出的接触反力的对应关系；所述卸载曲线表示在所述压 头回退过程中，所述抗凹分析点的位移与所述参考点处输出的接触反力的对应 关系。通过绘制如图6所示的抗凹分析加载-卸载曲线，能够直观的观察加载及 卸载过程中是否发生屈曲现象、最大载荷时的位移（最大变形）以及卸载后的 残余位移（残余变形）。
根据本发明上述实施例的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，在压头 的参考点上加载的是指定强制位移（一种强制边界条件），并且较优的指定强制 位移可以预先得到，因此，分析过程中无需考虑车身外覆盖件外板的曲率变化， 不管加载过程中车身外覆盖件外板的状态如何，车身外覆盖件外板的抗凹分析 点最终都要达到这个强制位移，并且压头的运动方向也被强制，压头不会产生 滑移，这样，压头与车身外覆盖件外板接触过程更加流畅，且几乎不用考虑压 头与车身外覆盖件外板接触过程中的接触错误等问题，极大地提高了模型调试 的效率，减少了模型调试时间，提高了接触分析的收敛速度，极大地提高了仿 真分析的效率和精度。
另外，如图5所示，本发明另一实施例还提供了一种车身外覆盖件外板抗 凹性仿真分析方法，所述方法包括如下步骤：
201、创建压头三维模型，其中，创建的所述压头三维模型如图2及图3所 示，其包括压头主体10及连接在所述压头主体10一端部的压头头部20。创建 压头三维模型的软件可以是Auto CAD、Catia及UG等。
本实施例中，所述压头主体10呈圆筒状，所述压头头部20呈圆弧形，所 述压头头部20的底部与所述压头主体10一端部对接。压头本体10外径不能太 大也不能太小，太大则不能检测出局部区域的抗凹性；太小将导致需要检测的 点过多，使工作量大增，且为了更好的考察外板的抗凹性，压头头部20必须设 置为圆弧形；优选地，所述压头本体10的外径D1为80mm，所述压头头部的 外表面的圆弧半径R1为132.2mm；另外，所述压头本体的长度L1为36mm， 所述压头本体的壁厚为2mm，所述压头头部20的壁厚为2mm；优选地，所述 压头头部20的内表面与其外表面平行，即所述压头头部20的内表面的圆弧半 径为132.2mm。
202、对创建的所述压头三维模型进行几何清理。所述几何清理在前处理软 件中进行，所述几何清理包括去除压头三维模型中不必要的点、线、小倒角与 小圆孔，以及补足压头三维模型中缺失的面与线。所述前处理软件为有限元分 析软件，例如Hypermesh或ANSYS。
203、对所述压头三维模型的压头本体10及压头头部20分别划分有限元网 格；具体为，如图4所示，对所述压头三维模型的压头本体10划分为壳单元形 式的有限元网格W1，对所述压头三维模型的压头本体20划分为实体单元形式 的有限元网格W2。优选地，有限元网格W1与有限元网格W2的边长为6mm。 压头本体10在仿真分析过程中不与外覆盖件表面接触，适合采用壳单元划分有 限元网格，没有必要全部画成实体单元。这样处理可以减少压头网格数量，减 少模型计算时间。对所述压头三维模型的压头本体10及压头头部20分别划分 有限元网格的过程也在上述的前处理软件中进行。若划分的有限元风格不符合 要求（尺寸或雅克比矩阵不符合要求），则重新对所述压头三维模型的压头本体 10及压头头部20划分有限元网格，直到合格。
204、赋予所述压头本体10的有限元网格W1刚体属性，赋予所述压头头 部20的有限元网格W2柔性体属性，得到压头有限元模型。即，本实施例中， 压头划分的有限元网格的材料属性分为两部分，压头本体10的有限元网格W1 的材料属性为刚体，压头头部20的有限元网格W2的材料属性为柔性体。压头 本体10与车身外覆盖件外板不直接接触，主要起传递载荷的作用，采用刚体既 能表达载荷传递关系，又能减少有限元模型的计算规模，提高效率。而压头头 部20直接与车身外覆盖件外板接触，由于车身外覆盖件外板在受载荷作用时， 存在不断变化的曲率，将压头头部20设置为柔性体（例如橡胶材料），能保证 压头头部10与车身外覆盖件外板的接触更加充分，使压头与车身外覆盖件外板 的外表面接触分析更容易收敛。
205、将所述压头有限元模型导入到待分析的车身外覆盖件的有限元模型 中，并使所述压头垂直于所述车身外覆盖件外板的外表面且所述压头头部正对 所述车身外覆盖件外板上预设的抗凹分析点，调整所述压头头部与所述抗凹分 析点的距离至一预设距离；接触面之间预留一定的间隙（预设距离），能够使接 触过程更加平缓，有利于接触分析收敛。该预设距离的优选值为1mm。本实施 例中，车身外覆盖件的有限元模型存在于ABAQUS或者Radioss软件中，即压 头有限元模型导入至ABAQUS或者Radioss软件中进行仿真分析。
206、根据预定义的所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属 性，在所述压头预设的参考点上加载垂直于所述车身外覆盖件外板的指定强制 位移，然后卸载所述指定强制位移使所述压头回退至初始位置。
本实施例中，所述压头与所述车身外覆盖件外板的外表面的接触属性预定 义为：
定义所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面为接触面， 所述车身外覆盖件外板的外表面为主面，所述压头头部的外表面为从面，所述 压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的接触方式为小滑移。将 较硬的面（车身外覆盖件外板的外表面）设置为主面，较软的面（压头头部的 外表面）设置为从面，使压头与车身外覆盖件外板的接触分析更容易收敛。实 际接触过程中，压头的轴线应当保持在相同的位置，不允许接触面之间发生较 大的滑移，因此，所述压头头部的外表面和所述车身外覆盖件外板的外表面的 接触方式设置为小滑移。接触属性可在ABAQUS或者Radioss软件中事先设定。
本实施例中，所述参考点为所述压头本体的几何中心。所述指定强制载荷 加载在所述压头本体的几何中心处。
本实施例中，所述指定强制位移Xr通过如下方法获得：
在所述参考点上加载一大于所述指定强制位移Xr的极限强制位移X0，设置 所述参考点处输出接触反力；
运算得到在所述压头移动过程中的所述抗凹分析点的位移数据及所述参考 点处的接触反力数据；该运算在ABAQUS或者Radioss软件中进行，其运算方 法为软件的自带功能。
设定所述抗凹分析点在所述参考点处输出指定接触反力时的位移为所述指 定强制位移Xr。优选地，此处极限强制位移X0的值为设为20mm。因为，经过 大量实践和数据积累，发现当加载在压头上的强制位移X0设为20mm时，所述 参考点处输出的接触反力均大于400N。优选地，所述指定接触反力的值为400N， 所述指定强制位移的值为10mm。因为，经过大量实践和数据积累，在所述参考 点处输出的接触反力为400N时，可以详细的研究车身外覆盖件外板的抗凹过 程，且能识别车身外覆盖件外板发生屈曲时的载荷。如图6所示，本实施例中， 在所述参考点处输出的接触反力为400N时，其所对应的指定强制位移Xr为 10mm。
207、运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据。
本实施例中，所述抗凹性分析数据包括所述抗凹分析点在所述压头移动过 程中的位移数据及所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。 所述“运算得到所述抗凹分析点的抗凹性分析数据”包括：
（1）运算得到所述抗凹分析点在所述压头移动过程中的位移数据，以此获 得所述抗凹分析点的最大变形及残余变形；在加载过程中，指定强制位移Xr完 全加载时，所述抗凹分析点的位移对应于所述抗凹分析点的最大变形；而在卸 载过程中，指定强制位移Xr完全加载时，所述抗凹分析点的位移对应于所述抗 凹分析点的残余变形（永久变形）。上述的运算得到所述抗凹分析点在所述压头 移动过程中的位移数据在ABAQUS或者Radioss软件中进行，其运算方法为软 件自带的功能。通过评价最大变形及残余变形这两个参数，来控制车身外覆盖 件外板抗凹性能满足设计要求。
（2）运算得到所述参考点处在所述压头移动过程中输出的接触反力数据。
208、结合所述抗凹分析点的位移数据及所述参考点处输出的接触反力数 据，绘制所述车身外覆盖件外板的抗凹分析加载-卸载曲线，所述抗凹分析加载- 卸载曲线由加载曲线及卸载曲线构成；典型的抗凹分析加载-卸载曲线如图6所 示，其中，图6中的实线表示加载曲线，而虚线表示卸载曲线。所述加载曲线 表示在所述压头朝向所述车身外覆盖件外板移动的过程中，所述抗凹分析点的 位移与所述参考点处输出的接触反力的对应关系；所述卸载曲线表示在所述压 头回退过程中，所述抗凹分析点的位移与所述参考点处输出的接触反力的对应 关系。通过绘制如图6所示的抗凹分析加载-卸载曲线，能够直观的观察加载及 卸载过程中是否发生屈曲现象、最大载荷时的位移（最大变形）以及卸载后的 残余位移（残余变形）。
根据本发明的车身外覆盖件外板抗凹性仿真分析方法，在压头的参考点上 加载的是指定强制位移（一种强制边界条件），并且较优的指定强制位移可以预 先得到，因此，分析过程中无需考虑车身外覆盖件外板的曲率变化，不管加载 过程中车身外覆盖件外板的状态如何，车身外覆盖件外板的抗凹分析点最终都 要达到这个强制位移，并且压头的运动方向也被强制，压头不会产生滑移，这 样，压头与车身外覆盖件外板接触过程更加流畅，且几乎不用考虑压头与车身 外覆盖件外板接触过程中的接触错误等问题，极大地提高了模型调试的效率， 减少了模型调试时间，提高了接触分析的收敛速度，极大地提高了仿真分析的 效率和精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
