有限元软件HyperMesh二次开发在汽车行业的分析与应用

　　抗凹陷性能（简称抗凹性）是指车身外表零件抵抗外加负荷在其表面产生压痕的能力。轿车车身常见的表面缺陷（变形）有三种形式，即耳形塌陷、斜坡变形和张力松弛，经常出现的如图1所示。这些缺陷隐患处主要是加工成型中相对难以控制的部位，也是外覆盖件抗凹陷分析与检查的重要。在经济型车辆的外覆盖件中，最容易出现的就是张力松弛缺陷，直观地表现为表面质地发软，其根本原因就是表面的设计刚度不足。

　　静态载荷作用过程中，覆盖件表面将表现三个明显的刚度响应阶段——弹性区、塑性平滑区与硬化区。在从第一响应区向第二响应区过渡时，在特定情况下可能发生失稳现象——油罐效应现象，即表现为载荷突然变小而出现大的滑移。这种失稳现象的刚度变化曲线所示。

　　在日常的使用中，例如洗车、受小石子打击等情况是不可避免的，因此设计中必须要求车身外覆盖件的表面能够承受一定的载荷（静态与动态载荷）而不发生大的变形。车身表面的抗凹陷特性也就需要满足以下条件：

　　抗凹性是用户选购新车的重要指标，抗凹性差导致车身外表掌压刚度和指压刚度低，影响用户感受，而且车身表面易在外力作用下产生压痕，影响外观且易损伤锈蚀。通过抗凹分析发现汽车外板薄弱点，校验其抗凹性能，给出优化和方案。

　　本文利用TCL语言基于HyperMesh进行二次开发抗凹分析自动化工具，使抗凹分析流程自动化、准确化。

　　抗凹分析的工作过程分为预分析和抗凹性分析两步，首先通过预分析筛选外表面的薄弱点作为考察点，然后进行抗凹分析，建立压头模型与接触关系，对考察点逐个校核。

　　传统抗凹分析方法一般采用均布压强或重力场法筛选考察点，通常不能准确找到最薄弱的点，如图3所示。需对主面、从面、接触对、载荷步进行几十步操作，设置接近二十多个参数，操作难以规范化，易出错，如图4所示。参数值的设置尚无统一，通常需对参数反复调整才能，不同的参数值对计算结果有较大影响。需要2~3次试算，花费工时较长，每项分析需要4h~20h（不含求解计算时间）。存在考察点选取困难、操作复杂、正确性较低、费时较长等缺点。

　　（1）提供选择考察点的有效方案，能够快速准确地筛选出车身外表面抗凹性薄弱的，作为抗凹性分析的考察点。

　　（2）固化参数设置，能够提供一套通用性好的分析参数数值，对于大多数情况均能计算性和精度。

　　（3）自动完成各种操作和设置，能够根据简单的用户指令，在HyperMesh中自动实现预分析（用于薄弱点选择）和抗凹性分析所需的各种操作设置，生成可直接提交求解器计算的文件。

　　对HyperMesh软件二次开发实现分析自动化，利用宏命令开发用户界面，利用TCL脚本语言编程实现功能。

　　预分析中采用单点加集中力法筛选薄弱点，在模型上选上百个点，每个点分别法向集中力建立载荷步进行线性扰动分析，根据线性扰动分析得到的法向位移结果确定薄弱点。

　　根据实际经验固化抗凹性分析参数设置，总结多个项目的抗凹性分析设置，反复调整各参数进行计算，测试其对性和计算结果的影响。

　　在实际项目中应用、调试和验证，在实际项目中应用自动化工具，并与传统分析方法详细对比。根据使用者的反馈，修正bug，改进功能。

　　方案制定首先确定技术线，然后确定二次开发的主要功能，最后规划二次开发的工作流程。

　　目标确定需对各实际项目总结提炼，测试各种参数的影响，比对各种考察点选择方案与各种压头模型和加载方案。

　　开发调试需固化各项参数设置，完成界面和主程序的开发，与传统方法详细比对和修正BUG改进功能。

　　应用验证用于实际项目使用，验际功能和效果并根据使用者反馈进一步改进。