丁培林 王君剛 郎寶永 蘇歡 孫國正

摘? 要：駕駛室頂蓋踩踏剛度試驗(yàn)是駕駛室開發(fā)環(huán)節(jié)中必不可少的工作，而踩踏剛度的CAE分析是枯燥繁瑣且操作大量重復(fù)的。本文基于HyperWorks平臺(tái)，采用Tcl/Tk語言對(duì)某駕駛室踩踏剛度分析過程中的載荷加載及后處理進(jìn)行二次開發(fā)，代替原有重復(fù)性工作，直接得到計(jì)算求解模型及踩踏剛度結(jié)果。該方法的應(yīng)用大幅提高工作效率，縮短工時(shí)，同時(shí)提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

關(guān)鍵詞：CAE分析;踩踏剛度;Tcl/Tk語言;二次開發(fā)

中圖分類號(hào)：U463.8? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2019）04-0031-04

Abstract： The trampling stiffness analysis of the cab roof is an indispensable work in the development of the commercial vehicle cab. The CAE analysis of the trampling stiffness is tedious and repetitive. Based on HyperWorks platform， this paper uses Tcl/Tk language to redevelop the loads loading and post-processing of a cab trampling stiffness analysis process， instead of the original repetitive work， which directly obtains the calculation model and trampling stiffness results. The application of this method greatly improves the work efficiency， shortens the working hours， and improves the accuracy and consistency of the analysis results.

汽車領(lǐng)域計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)日趨成熟，很多企業(yè)的CAE分析工作都有了一定的行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，CAE分析工作人員根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展分析工作，比如商用車駕駛室頂蓋的踩踏剛度分析等。商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度需要在十幾甚至幾十個(gè)位置測(cè)試其剛度是否滿足要求，加載過程和后處理過程是一個(gè)枯燥繁瑣和重復(fù)性的工作。而二次開發(fā)編寫程序替代重復(fù)性的工作內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)模型直接加載求解和后處理功能，節(jié)省大量工時(shí)和人力成本;二次開發(fā)的應(yīng)用，也可以減少分析人員的差異對(duì)結(jié)果的影響。

國內(nèi)，很多企業(yè)和高校也在進(jìn)行HyperWorks二次開發(fā)方面的研究。其中，杜少博[1]提出一種自動(dòng)提取商用車車架剛度數(shù)據(jù)的方法;丁濤等[2]提出了客車CAE前處理方法;葉松奎等[3]開發(fā)了模態(tài)、剛度分析程序;樊紅光等[4]開發(fā)了靜剛度分析程序;陸善彬等[5]開發(fā)了無鉚釘鉚接快速建模方法。本文基于HyperWorks軟件平臺(tái)，采用Tcl＼Tk語言，首次開發(fā)了某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度自動(dòng)化分析程序，該程序很好地解決了前處理施加載荷以及后處理提取結(jié)果的重復(fù)性工作，大大提高了工作效率，為企業(yè)節(jié)省了大量的時(shí)間成本和人工成本。

1? ? HyperWorks二次開發(fā)概述

工具控制語言Tcl 是Tool Command Language的縮寫，是一種解釋執(zhí)行的腳本語言，其面向?qū)ο鬄閛tcl語言。Tcl擁有一個(gè)固有的核心命令集，同時(shí)還具有和C/C++語言類似的控制結(jié)構(gòu)：if控制、循環(huán)控制和switch控制等，并支持過程的定義和調(diào)用，對(duì)數(shù)組和字符串等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也提供了支持。工具集Tk（Toolkit） 是圖形工具箱 Tcl的擴(kuò)展，它提供各種標(biāo)準(zhǔn)的GUI 接口項(xiàng)，以利于迅速進(jìn)行高級(jí)應(yīng)用程序開發(fā)。

基于Hyperworks平臺(tái)的前、后處理二次開發(fā)支持Tcl&Tk語言。對(duì)于前處理，本文基于Hypermesh模塊可以自動(dòng)記錄各種命令操作，然后形成本文需要的程序代碼。對(duì)于后處理，本文基于Help幫助文件，逐層訪問各級(jí)對(duì)象，并實(shí)現(xiàn)后處理操作。

2? ? 某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度加載的二次開發(fā)

2.1? ?某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度加載流程

在某型商用車駕駛室開發(fā)過程中，頂蓋踩踏剛度標(biāo)志著頂蓋的抗凹能力，是一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。頂蓋踩踏工況一般在駕駛室強(qiáng)度工況分析后進(jìn)行，因此可以直接借用駕駛室有限元模型進(jìn)行分析。在駕駛室有限元模型的基礎(chǔ)上，在模型上直接施加踩踏載荷進(jìn)行CAE分析。由于該駕駛室頂蓋踩踏位置有N=12個(gè)點(diǎn)，所以需要人工重復(fù)操作12次加載過程，如圖1所示。分析步驟如下：首先，選擇約束點(diǎn)位置，創(chuàng)建loadcollector并施加約束;然后，選擇加載點(diǎn)位置，創(chuàng)建loadclloector并施加力F;最后創(chuàng)建載荷步loadstep，載荷施加完成后通過OptiStruct求解計(jì)算。

2.2? ?駕駛室頂蓋踩踏剛度加載二次開發(fā)

根據(jù)駕駛室頂蓋踩踏剛度加載過程，采用TCL＼TK語言編程思路如圖2所示。該程序根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以確定駕駛室約束點(diǎn)和踩踏位置的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)識(shí)別約束點(diǎn)和加載點(diǎn)。最后，采用“For”循環(huán)語句將加載踩踏力循環(huán)N次，完成加載過程。

該程序通過File-Run-Tcl/Tk Script運(yùn)行，運(yùn)行完成后程序自動(dòng)提示“LoadSteps Finish”，表示加載完成，如圖3所示。

3? ? 某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理的二次開發(fā)

3.1? ?某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理流程

按照程序加載完成后進(jìn)行求解，計(jì)算完成后自動(dòng)生成*.h3d文件，打開HyperView軟件查看結(jié)果，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)更改不同的Loadsteps，截圖保存結(jié)果到指定位置。對(duì)于踩踏剛度，僅提取Z向位移即可。首先更改色標(biāo)卡，顯示Z向位移;然后截圖保存并命名。同樣地，本操作也需要重復(fù)N次操作（N=12），具體如圖4所示。

3.2? ?駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理二次開發(fā)

HyperWorks前處理和后處理由兩個(gè)模塊分別負(fù)責(zé)，雖然都是基于TCL語言，但兩者的編程邏輯不一樣。與HyperMesh前處理部分不同，HyperView為面向?qū)ο蟮恼Z法，基本語法如下：

{ object_name } { command }

{ command parameter（s） }

操作一個(gè)對(duì)象之前，需要逐層訪問各級(jí)對(duì)象，因此必須先了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)象層級(jí)，其中HyperView數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)象層級(jí)如圖5所示。根據(jù)駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理過程可以制定二次開發(fā)流程圖，具體如圖6所示。程序主要完成修改色標(biāo)卡、顯示位移云圖、循環(huán)輸出位移云圖、保存并重命名圖片。程序運(yùn)行完成后，可以直接獲取位移圖片，不需要重復(fù)性操作。具體運(yùn)行方式如圖7所示。

4? ? 應(yīng)用效果

由小節(jié)2.1和3.1可知，現(xiàn)有駕駛室頂蓋踩踏剛度分析需要N次（本模型N=12）重復(fù)性工作才可以完成，過程繁瑣枯燥，熟練的CAE工程師多次加載和后處理需要半個(gè)小時(shí)左右。而通過二次開發(fā)編寫的程序（見小節(jié)2.2和3.2），每次直接運(yùn)行程序即可完成加載，5分鐘內(nèi)就可完成，極大地提高工作效率，且不易出錯(cuò)。程序運(yùn)行方式簡(jiǎn)單，容易上手。

除了簡(jiǎn)單加載，二次開發(fā)還可以自動(dòng)劃分網(wǎng)格、創(chuàng)建材料并賦屬性、自動(dòng)創(chuàng)建螺栓連接;關(guān)于后處理，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出報(bào)告等更加全面自動(dòng)化的程序。將所有小程序整合成一套CAE自動(dòng)化分析流程，可以節(jié)省大量時(shí)間，甚至可以根據(jù)企業(yè)分析標(biāo)準(zhǔn)為CAD設(shè)計(jì)人員開發(fā)一套CAE分析程序，讓其可以簡(jiǎn)單驗(yàn)證其設(shè)計(jì)思路是否可行，節(jié)省CAE人員重復(fù)繁瑣的工作。

5? ? 結(jié)論

本文基于HyperWorks平臺(tái)，采用TCL&TK語言提出一種自動(dòng)駕駛室頂蓋踩踏剛度分析方法，首次編寫了駕駛室踩踏剛度自動(dòng)化分析流程程序，通過直接運(yùn)行該程序可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加載和自動(dòng)化后處理。本程序除了在駕駛室頂蓋踩踏工況中應(yīng)用，還可以在其他分析中推廣應(yīng)用，例如駕駛室局部剛度、車架剛度等。該方法的應(yīng)用，提高了工作效率，避免了重復(fù)性工作，減少人為錯(cuò)誤，縮短各大平臺(tái)的研發(fā)時(shí)間，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜少博. 一種自動(dòng)提取商用車車架剛度數(shù)據(jù)的方法[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2016（5）：26-28.

[2]丁濤，彭旺，紀(jì)緒北. HyperMesh二次開發(fā)在客車CAE分析前處理上的應(yīng)用[J]. 客車技術(shù)與研究， 2015（6）：47-49.

[3]葉松奎，崔朝軍，沈斯哲，等. HyperMesh二次開發(fā)在模態(tài)、剛度分析中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電技術(shù)， 2016（1）：30-32.

[4]樊紅光，昝建明. 基于HyperMesh二次開發(fā)的靜剛度分析程序[C]// Altair 2012 HyperWorks 技術(shù)大會(huì). 2012.

[5]陸善彬，呂婕，陳偉，等. 基于HyperMesh二次開發(fā)的無鉚釘鉚接有限元快速建模[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào)， 2014，35（5）：804-808.