HyperWorks二次開發(fā)技術在汽車座椅構件拓撲優(yōu)化過程中的應用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

1 概述

在整個CAE分析流程中,對模型的前處理一直是工程師消耗時間最多環(huán)節(jié),對于同一類產品的分析,前后處理工作涉及大量重復性操作、手工操作。這些重復性工作不僅耗費時間,而且可能由于人為因素而產生遺漏和錯誤。因此,采用合適的工具,在現(xiàn)有軟件的基礎上進行二次開發(fā),設計出一套CAE分析的標準流程,必然能夠提升CAE工程師的工作效率,縮短產品開發(fā)周期,并且避免錯誤操作。另外,通過自主研發(fā)的流程自動化系統(tǒng),可以將企業(yè)中成熟的產品分析流程固定化、標準化,便于技術在企業(yè)內部推廣。

近年來,HyperWorks在產品設計、研發(fā)、分析過程中得到了廣泛的使用。本文介紹用于某型號汽車前排座椅構件結構拓撲優(yōu)化而設計開發(fā)的自動化系統(tǒng),該系統(tǒng)借助于HyperWorks軟件中Process Studio模塊下的開發(fā)環(huán)境,綜合運用各種開發(fā)工具,完成針對某構件的拓撲優(yōu)化過程以及分析驗證工作。

2 汽車座椅構件拓撲優(yōu)化過程簡介

構拓撲優(yōu)化在工程結構的初始設計階段起著重要作用,汽車座椅構件拓撲優(yōu)化設計是基于子結構法提出的一種新的結構優(yōu)化方法。根據力的傳遞路徑,提取構件上所受的載荷,單獨施加到構件上進行優(yōu)化,依照“反復驗證,逐步逼優(yōu)”的原則,最終得到構件材料分布的拓撲形態(tài),總體流程圖如圖1所示。

由于汽車座椅構件在拓撲優(yōu)化過程中需要反復驗證,多次循環(huán)優(yōu)化才能得到最優(yōu)結構。這些重復性工作不僅耗費時間,而且還可能由于人為因素而產生遺漏和錯誤。因此設計開發(fā)出CAE分析的標準流程系統(tǒng)將有助于此類問題的解決。

本文所介紹的流程系統(tǒng)涵蓋第3、4、5步的前后處理工作.

3 CAE流程自動化系統(tǒng)的結構

針對上文所說的CAE分析過程,本文中的CAE流程自動化系統(tǒng)主要分為三大部分:拓撲優(yōu)化模塊、整椅驗證模塊以及優(yōu)化結果判定與輸出模塊,CAE流程自動化系統(tǒng)的界面如圖2 所示。

拓撲優(yōu)化模塊的作用就是選擇汽車座椅骨架中的構件,并對該構件模型進行處理,主要包括導入邊界條件文件、幾何模型檢查與清理、拓撲優(yōu)化過程的定義、后處理、輸出優(yōu)化后的模型等,其目的就是建立有限元分析模型,從而進行靜態(tài)分析和結構拓撲優(yōu)化,同時獲取優(yōu)化信息文件。

整椅驗證模塊的作用是對上一步優(yōu)化后的構件模型,重新導入整椅模型中,重新進行靜態(tài)分析后,來驗證優(yōu)化后的整椅模型在相同工況下是否滿足國標要求。

優(yōu)化結果判定與輸出模塊的作用是獲取構件優(yōu)化前后的分析文件,同時提取相關數(shù)據進行判定,以此決定優(yōu)化循環(huán)的次數(shù),同時在最后可以按照客戶的要求,輸出優(yōu)化報告文件。

4 CAE流程自動化系統(tǒng)開發(fā)的詳細設計

HyperWorks軟件是一個高度開放性的CAE平臺,用戶可以根據自己的需求來設計開發(fā)自動化系統(tǒng)。HyperWorks中CAE流程自動化的開發(fā)可以運用于多種方法,包括自定義宏文件、Process Manager、Process Studio 、TCL/TK語言以及與C/C++語言的拓展集成等。

CAE軟件功能模塊多,且各項功能比較分散,大量的功能選項給操作人員帶來很多不便,通過二次開發(fā)技術建立圖形交互界面,可以很好地解決這個問題。CAE流程自動化系統(tǒng)中不同模塊下人機交互界面的實現(xiàn),主要采用兩種形式:自定義功能面板和調用HyperMesh原有功能面板。

4.1 在Process Studio下自定義功能界面

Process Studio是一個流程編輯工具,是進行自動化系統(tǒng)設計的主要平臺。它的主要功能是為用戶提供一個可視化的編程環(huán)境,如圖3所示,用戶可以快速地設計流程樹結構,編寫程序代碼。

流程樹中每個節(jié)點是一個具體任務,都有相應圖像用戶界面(GUI)與用戶形成交互。節(jié)點的具體表現(xiàn)形式是由不同的頁(HWPM Page)來實現(xiàn),用戶可以編輯不同的控件,寫入功能代碼,同時根據要求來設置控件的屬性及具體位置,并把它們有序地組織在一起就形成了“頁”。

在流程樹中通過組織不同的頁以及各種控件按鈕,如圖4所示,便構成了用戶交互的界面。

4.2 調用原有面板

在流程樹的圖形界面編寫過程中,部分功能的實現(xiàn)可以通過調用HyperMesh原有面板來完成,而且這些面板功能簡潔,操作方便。調用一個面板,只需要在編輯“頁”時將調用命令添加至按鈕事件中即可。

流程自動化系統(tǒng)中,調用HyperMesh中某個面板的功能主要通過這兩個命令來實現(xiàn):hm_callpane panelName、hm_setpanelproc ProcName,其中參數(shù)panelName 是要被調用的面板名稱,參數(shù)ProcName是包括了hm_callpanel 命令的“過程”名稱。例如要調用edges面板的代碼示例是:

proc Calledge { } {

hm_callpanel edges

}

hm_setpanelproc Calledge

4.3 第三方應用程序的嵌入

TCL語言具有很強的可擴充性,提供其它高級語言的調用接口,可很容易地嵌入C/C++以及VB程序,與自動化系統(tǒng)組成一體。應用程序可能夠產生TCL命令并執(zhí)行,其中命令可以由用戶產生,也可以從用戶接口的輸入中讀取。

在汽車座椅構件在拓撲優(yōu)化過程中,產生的數(shù)據信息文件多而繁雜,僅僅運用HyperWorks提供的二次開發(fā)平臺很難實現(xiàn)多層數(shù)據之間的傳遞。因此,將應用程序嵌入流程中,不僅能夠實現(xiàn)不同文件數(shù)據的提取與判定,同時還能控制優(yōu)化報告的輸出格式,應用程序界面如圖5所示。

如圖5所示,進入優(yōu)化判定界面后,在第一行中輸入“1”,即提取第一次優(yōu)化后信息文件中的數(shù)據,點擊“獲取”,自動提取相關的數(shù)值,同時用戶可以根據項目的需要自行更改優(yōu)化目標中的數(shù)值。點擊“判定”,軟件會根據優(yōu)化目標所設置的數(shù)值,進行計算判斷,并提示是否達到優(yōu)化目標。

如果優(yōu)化未達到目標,流程返回起始點,開始新一輪的結構優(yōu)化過程。如果優(yōu)化已經達到既定目標,流程會根據用戶的需要自動輸出優(yōu)化報告,優(yōu)化報告格式如圖所示6所示。

CAE流程自動化系統(tǒng)與常操常規(guī)方式相比,操作平臺有較大簡化,同時通過命令的集成,減少了人工參與,降低了出錯的可能性,大大減少了前處理所需要的時間。

5 CAE流程自動化系統(tǒng)應用實例

針對汽車座椅構件拓撲優(yōu)化設計的整個CAE分析過程,模型構件的選擇,幾何模型檢查與清理、拓撲優(yōu)化過程的定義、優(yōu)化判定以及輸出優(yōu)化方案報告等一系列功能均在流程系統(tǒng)中完成。圖7為座椅拓撲優(yōu)化操作流程中導入座椅模型界面,從下拉菜單中選擇文件類型,同時選取相應的模型文件,就可以直接導入模型。圖8為拓撲優(yōu)化定義參數(shù)變量界面,只需輸入變量名稱和單元最小優(yōu)化尺寸,同時選擇設計區(qū)域,就可以完成變量的定義。圖9為優(yōu)化判定界面,在面板中點擊“Make the Judgement”,打開優(yōu)化判定程序,輸入優(yōu)化的次序,可以從眾多輸出文件中提取相關數(shù)據,點擊“判定”,就可以根據用戶的要求進行判斷,并彈出相應的提示。

操作人員只要按照流程樹的操作提示,就可以順利完成整個拓撲優(yōu)化過程的工作,得到優(yōu)化的結果。

6 結論

本文闡述了CAE流程自動化系統(tǒng)開發(fā)過程中相關技術與方法,通過深入地研究 HyperWorks在企業(yè)應用的特點,同時對座椅構件拓撲優(yōu)化過程進行實例分析,驗證了CAE流程自動化系統(tǒng)的實用性和方便性,提高了工作效率,縮短了企業(yè)產品設計分析周期,對企業(yè)此類系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的參考和指導價值。

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