陳 坤，黃美華，張 俊，高彥超，蔣成約

(重慶理工大學(xué)， 重慶 400054)

汽車座椅的設(shè)計(jì)與研發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從開始設(shè)計(jì)到批量生產(chǎn)通常需要24～36個月的時間[1-3]。應(yīng)用仿真分析指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，減少試驗(yàn)次數(shù)，降低設(shè)計(jì)成本[4-5]。通過二次開發(fā)，可以將工程師的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化成企業(yè) CAE 流程并進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)分析流程標(biāo)準(zhǔn)化和自動化，提高企業(yè) CAE 分析的質(zhì)量和效率[6]。

本文基于HyperMesh軟件的前、后處理平臺，運(yùn)用TCL語言和其自帶的功能函數(shù)和GUI函數(shù)編寫了一系列用于創(chuàng)建按鈕的腳本程序，點(diǎn)擊按鈕便可調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析的前、后處理過程，并自動生成PPT形式的分析報(bào)告。

1 汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析概述

汽車座椅在設(shè)計(jì)研發(fā)階段，進(jìn)行的模擬仿真分析主要有汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析、汽車后排座椅行李箱沖擊分析、汽車前排副駕駛座椅下潛分析及鞭打試驗(yàn)分析[7-8]。其中安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度是汽車被動安全的一個重要指標(biāo)，是車輛《公告》試驗(yàn)的強(qiáng)制檢查項(xiàng)目[9]。在HyperMesh中，汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析前處理的步驟通常包括幾何數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入，幾何清理(刪除重復(fù)曲面、修補(bǔ)曲面、模型簡化)，網(wǎng)格劃分，導(dǎo)入并準(zhǔn)確安裝模擬假人(根據(jù)座椅大小縮放假人)，創(chuàng)建安全帶(能夠自動預(yù)緊、與假人良好貼合)，賦予材料屬性，定義連接(剛性單元模擬、剛性片模擬、運(yùn)動副)，定義接觸，邊界載荷設(shè)置等[10-11]。圖1是汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析前處理流程。

2 HyperMesh二次開發(fā)

HyperMesh二次開發(fā)有2種基本形式：一種是直接在其面板上創(chuàng)建功能按鈕，另一種是通過Process Manager創(chuàng)建流程樹。但是歸根結(jié)底它們的底層工作模塊都是由TCL語言和內(nèi)置函數(shù)命令(功能函數(shù)和GUI函數(shù)命令)所編寫的程序。

圖1 汽車座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度分析前處理流程

創(chuàng)建功能按鈕，按鈕可以通過修改userpage.mac文件來創(chuàng)建。TCL腳本是由TCL語言把內(nèi)置函數(shù)命令按一定的邏輯連接起來構(gòu)成的，需要實(shí)現(xiàn)功能的按鈕就是將已調(diào)試好的腳本文件與按鈕通過宏命令聯(lián)系起來。

流程樹的創(chuàng)建是通過Process Studio來實(shí)現(xiàn)，由Process Manager來調(diào)試和運(yùn)行的。流程模板文件的擴(kuò)展名為.pmt，它由Process Studio提供的頁(HWPM Page)構(gòu)成，頁上能夠布置平臺所提供的3種不同類型的控件[6]，并且可以添加TCL腳本在控件上來實(shí)現(xiàn)特定的功能，頁與頁之間的轉(zhuǎn)換可以通過The Framework所提供的命令實(shí)現(xiàn)，如::hw::pmgr::PmgrGotoTask命令可以實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前任務(wù)到指定任務(wù)的功能。

3 CAE建模流程自動化

3.1 零件重命名、自動化賦予材料和屬性

材料的本構(gòu)是有限元計(jì)算中一個重要的參數(shù)，只有輸入正確的材料參數(shù)才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果[12]。建模時component材料和屬性的準(zhǔn)確賦予是CAE分析的前提[13]，但是因零件數(shù)目較多、創(chuàng)建和賦予材料屬性的操作繁瑣，需要頻繁切換面板、點(diǎn)擊鼠標(biāo)，導(dǎo)致花費(fèi)較多時間、誤操作率高且糾錯難度大。因此非常有必要編寫腳本程序自動化實(shí)現(xiàn)這個功能。腳本程序邏輯流程如圖2所示。

圖2 零件命名以及材料賦予程序邏輯流程

此程序邏輯流程對應(yīng)的腳本程序能實(shí)現(xiàn)的功能有：

1) 根據(jù)BOM表自動規(guī)則化命名所有component；

2) 切取材料信息，并自動與材料庫匹配賦予component；

3) 獲取幾何屬性信息，自動創(chuàng)建屬性并賦值。

根據(jù)所編寫的腳本程序運(yùn)行的結(jié)果如圖3所示，所有component的自動化重命名及材料屬性的賦予由原來的30 min縮短至2 min，工作效率提高93%，也大大地降低了錯誤率和人工操作強(qiáng)度。

3.2 自動化定義安全帶

安全帶的建模是此CAE分析項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其中的主要建模工作為建立卷收器、織帶(1D、2D)、滑環(huán)(D環(huán))、鎖扣等模型，安全帶卷收器中還包含預(yù)緊器和限力器以及相應(yīng)傳感器的建模[14]。傳統(tǒng)建模操作繁多，出錯率高，通過程序簡化了此操作步驟，提高了建模效率。其二次開發(fā)的腳本程序邏輯流程如圖4所示。

圖3 自動化賦予材料和屬性結(jié)果對比

圖4 自動創(chuàng)建安全帶程序邏輯流程

此腳本程序運(yùn)行之前需提前創(chuàng)建安全帶特征位置坐標(biāo)點(diǎn)和加載曲線的.csv文件，在程序運(yùn)行時需要選擇讀入的.csv文件和手動標(biāo)記一個后續(xù)作為傳感器檢測對象的節(jié)點(diǎn)。特征位置節(jié)點(diǎn)及單個單元的創(chuàng)建分別采用以下2條命令(它可以返回創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)、單元的id號)：

::hwat::utils::CreateTempNode

::hwat::utils::CreateElement

圖5為自動創(chuàng)建安全帶的實(shí)例。圖5(a)為創(chuàng)建前的座椅模型，傳統(tǒng)的創(chuàng)建方法需要12步才能全部完成，采用本文開發(fā)的腳本只需2步就能快速、高效的創(chuàng)建并定義完安全帶，減少了83%的操作步驟，效果如圖5(b)所示。

圖5 安全帶自動創(chuàng)建實(shí)例

4 后處理二次開發(fā)過程介紹

在結(jié)果文件生成后，通過直接在HyperMesh界面中點(diǎn)擊按鈕運(yùn)行程序生成批處理文件調(diào)用HyperView軟件。以下是生成批處理文件的程序以及此文件的調(diào)用命令：

set call_hw "call $hw _path-client config hwpost.dat -tcl ";

set file_path[open[file join $dir "batchmode.bat"] w];

puts -nonewline $file_path $call_hw;

puts $file_path $tcl_path;

close $file_path;

#調(diào)用程序

exec[eval $file_path];

其中$hw_path為hw.exe文件路徑(…HyperMeshhwinwin64hw.exe)；$dir為任意文件路徑，本程序?yàn)槟_本程序所在路徑；$tcl_path為后處理所需要調(diào)用的程序路徑。

輸出關(guān)鍵零部件的應(yīng)力云圖以及相應(yīng)零件的應(yīng)力最值，并將應(yīng)力云圖保存為jpg格式，將應(yīng)力最值存stressvalue.txt文件中。并在后處理程序中嵌入由VisualBasic for Applications(簡稱VBA)語言編寫的程序代碼，在后處理程序運(yùn)行時，會自動生成的.vbs文件。生成.vbs文件及其調(diào)用關(guān)鍵程序如下:

proc CreateVBS { vbs_path str } {

set fp_chan[open $vbs_path w]

puts $fp_chan $str

close $fp_chan

}

CreateVBS[file join $dir "creat_result_ppt.vbs"] $str

exec cmd.exe /K[ file join $dir "creat_result_ppt.vbs" ] &

其中$str中存儲著由VBA語言編寫的字符串。

通過上面生成的.vbs文件自動調(diào)用應(yīng)力云圖以及stressvalue.txt文件和PPT模板生成分析報(bào)告，如圖6所示。

圖6 后處理程序生成的分析報(bào)告

5 結(jié)束語

本文以某款車型的座椅為例，闡述了HyperMesh二次開發(fā)在汽車座椅安全帶固定點(diǎn)開發(fā)的應(yīng)用，并著重介紹了零件重命名、材料賦予以及安全帶創(chuàng)建的模塊以及后處理的二次開發(fā)過程?；贖yperMesh 軟件平臺下的二次開發(fā)可以很方便地將操作復(fù)雜的步驟化簡，不僅減小分析人員的勞動強(qiáng)度，還保證了正確率，并且最終能按照固定的模板生成分析報(bào)告，提高了分析效率及計(jì)算結(jié)果的一致性，有助于縮短開發(fā)周期和提升CAE分析質(zhì)量。