車身有限元模型保征變體設(shè)計中若干問題研究.pdf

1、以CAD/CAE集成為核心的“分析驅(qū)動設(shè)計”方法在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為最有代表性的復(fù)雜工業(yè)產(chǎn)品之一，汽車產(chǎn)品的設(shè)計更是融合了以CAD/CAE為核心的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)且反過來又會極大地促進(jìn)其發(fā)展。隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)競爭的日益加劇，如何快速設(shè)計出符合客戶預(yù)期的新產(chǎn)品，提升代表汽車工業(yè)核心技術(shù)水平的車身研發(fā)能力成為汽車行業(yè)面臨的共同問題。為縮短工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)周期和降低研發(fā)成本，亟需開展以CAD/CAE集成為核心支持產(chǎn)品快速設(shè)

2、計的數(shù)據(jù)重用技術(shù)的自主研發(fā)工作。鑒于此，本文以具有復(fù)雜幾何和結(jié)構(gòu)約束的車身有限元模型為研究對象，以構(gòu)建面向CAE的產(chǎn)品快速設(shè)計系統(tǒng)為研究的核心目的，對CAD/CAE集成在車身有限元模型快速設(shè)計及數(shù)據(jù)重用中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，主要內(nèi)容包括:
　　(1)針對車身有限元模型的快速設(shè)計及數(shù)據(jù)重用問題，提出了一種基于等參自由變體的設(shè)計方法。結(jié)合模型的由六面體、五面體和四面體單元構(gòu)成的組合控制參數(shù)體，在傳統(tǒng)自由變體技術(shù)中引入基于等

3、參變換的基函數(shù)實現(xiàn)變體設(shè)計的快速計算。利用等參變換及其逆變換關(guān)系，避免了以往變體技術(shù)中涉及到的點坐標(biāo)局部參數(shù)化費(fèi)時問題。結(jié)合基于圖像驅(qū)動的自由變體框架，可實現(xiàn)車身產(chǎn)品的快速概念設(shè)計及迅速驗證造型師的設(shè)計意圖。在軟件開發(fā)平臺KMAS COMX上實現(xiàn)了基于上述算法的DCiP-MeshMorpher軟件模塊，可方便地實現(xiàn)對已有數(shù)據(jù)的重用。數(shù)值實驗展示了該方法的工業(yè)應(yīng)用價值。
　　(2)針對對有限元模型進(jìn)行各種操作引起的網(wǎng)格質(zhì)量降低，影響

4、后續(xù)應(yīng)用的問題，提出了一種基于主導(dǎo)四邊形網(wǎng)格重構(gòu)的網(wǎng)格優(yōu)化方法。該方法采用具有最近似等距(isometric)性質(zhì)的局部/全局參數(shù)化方法轉(zhuǎn)化初始問題為相應(yīng)的平面網(wǎng)格重構(gòu)問題來進(jìn)行處理。在網(wǎng)格重構(gòu)過程中，能夠保持初始模型中的幾何或結(jié)構(gòu)線約束特征以保證重構(gòu)后模型的精度。同時，對影響有限元分析精度的邊界或特征區(qū)域采用offset技術(shù)保證生成規(guī)則的全四邊形單元。通過對優(yōu)化結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，驗證了該方法具有較好的效果。
　　(3)為提升一步逆

5、成形的仿真效率，提出了一種基于網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)的優(yōu)化方法。該方法綜合考慮模型的幾何特征信息（曲率等）及一步逆成形仿真得到的物理場（厚度、應(yīng)力和應(yīng)變等）分布，借助于黎曼度量建立反映上述各種場分布的網(wǎng)格單元尺寸場，生成自適應(yīng)優(yōu)化網(wǎng)格模型。同時，在網(wǎng)格優(yōu)化過程中，能夠保持初始模型中的諸如焊點、加強(qiáng)筋、成型線和內(nèi)部洞邊界等幾何或結(jié)構(gòu)線特征，保證優(yōu)化后模型的精度。實驗證明該方法能夠在保持有限元仿真分析精度的前提下減少網(wǎng)格模型的自由度，提升分析效率。

6、
　　(4)針對曲面上曲線(curves on surfaces)的刻畫和表示問題，提出了一種特征敏感度量意義下的曲面上B-spline曲線自適應(yīng)保征擬合方法。該方法通過評估點集的幾何特征（法曲率）從中選取出一組主導(dǎo)點，基于此進(jìn)行相應(yīng)B-spline曲線的節(jié)點向量配置和最小二乘意義下的曲線擬合重構(gòu)。此外，可根據(jù)擬合重構(gòu)誤差累進(jìn)地增選主導(dǎo)點對初始重構(gòu)曲線進(jìn)行迭代優(yōu)化從而實現(xiàn)曲線的自適應(yīng)擬合重構(gòu)。實驗表明，該方法具有較好的性能。