有限元建模方法.doc

Q/20680046-81-2002Q/CNJ四川南骏汽车集团有限公司 发布2012-02-15实施2012-02-15发布有限元建模方法Q/72535404-0282012四川南骏汽车集团有限公司企业标准企业标准6Q/72535404-028-2012目 次前言III1 目的12 适用范围13 建模总则14 命名规则15 单元类型选择16 单元质量要求27 单元的处理38 模型检查6IQ/72535404-028-2012前言国家在有限元建模方面尚无完整、统一的标准，根据中华人民共和国标准化法规定，特制订本企业标准，作为有限元建模的依据。本标准按GB/T 1.12009标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则和GB/T 1.22002标准化工作导则 第2部分：标准中规范性技术要素内容的确定方法进行编写和表述。本标准由产品研发中心提出。本标准由产品研发中心批准。本标准由产品研发中心起草。本标准主要起草人：孙信。III 有限元建模方法1 目的统一建模的方法，提高建模质量及模型一致性。2 适用范围NVH、强度疲劳分析、碰撞。3 建模总则3.1 统一采用Hypermesh软件的ABAQUS Standard3D模板进行前处理。3.2 壳单元统一在中面上划分网格。3.3 所有零件在整车坐标系下划分网格，整车坐标系原点为CAD整车装配模型的原点，采用右手坐标系，方向为：X 向正向为车行驶方向的反向，Y向正向竖直向上。3.4 所有零件的长度单位为毫米（mm），采用其他单位时应先做转换。3.5 不同的零件网格分在不同的组里面，同一规格的不同零件的所有单元可以放置在同一个组里面。3.6 整车模型中，网格尺寸一般采用15 mm。在应力分析中，螺栓连接区域、应力集中区域、接触区域网格可细化至3 mm。3.7 非分析零件但与分析零件相关的零件模型可以简化。3.8 非结构件可以不划分网格，其质量用集中质量单元加载在质心上。4 命名规则4.1 零件、部件名称要以字母开头，体单元网格前缀为solid，壳单元网格前面前缀为s，其后加上CAD模型中的ID，后面接着下划线跟上材料名称；壳单元组名需再以下划线跟上p加单元厚度。4.2 如果遇见重名的，在CAD对应ID后添加_xx以示区分。4.3 零部件、属性、材料、工况、组(group)的名称不能出现“.” 、“，”、 “/” 、“-” 、“” 、“。”、“*”、“#” 、“”、 “&” 、“(” 、“)” 、“+”之类的非法字符。示例1：6105QP 货厢某零件8501108_X200_X2_00D7_X0_80_X2_0.PRT.138，其对应为厚度为6.5 mm，材料为Q235的钢板，在有限元模型中命名为：s8501108_01_q235_p6d5。示例2：4108车架导入后某零件_X2_6CB97F38652F677F_X0_.PRT.49，对应为Q235的体单元网格，在有限元模型中命名为：solid_X2_6CB97F38652F677F_q235。5 单元类型选择5.1 原则上，厚度10 mm的零件采用壳单元划分网格，厚度10 mm的零件采用实体单元划分网格：一般车身冲压件，车架、货厢等折弯件、平板件采用壳单元划分网格；底盘铸造件、钢板弹簧及其支座、活动构件（铰链、限位器等）采用六面体实体单元进行网格划分。5.2 壳网格要求尽量使用四边形单元，可以采用少量三角形单元进行过渡，三角形单元的控制比例参见表1。壳网格可用的单元类型见图1。三角形（tria3） 四边形（quad4）图1 壳单元类型5.3 实体网格要求采用六面体单元划分，可以采用少量的五面体或四面体单元进行过渡，实体网格可用的单元类型见图2。六面体单元（hex8） 五面体单元（penta6） 四面体单元（tetra4）图2 实体单元类型6 单元质量要求6.1 壳网格的单元质量应根据表1的数据进行控制。表1 二维壳网格单元质量要求序 号项 目标 准1单元基本尺寸15 mm2单元最小尺寸3 mm3Warpage104Aspect Ratio55四边形最小单元角406四边形最大单元角1407三角形最小单元角208三角形最大单元角1209Jacobian0.610Skew6011单元最大尺寸25 mm12尺寸小于5 mm的单元占总单元的比例5%13尺寸大于20 mm的单元占总单元的比例5%14三角形单元占总单元比例5%注：1-8项为重点检查内容，应严格执行，其余6项可根据实际情况参考执行。6.2 实体网格的单元质量推荐根据表2的数据进行控制。表2 三维实体单元质量要求（参考）序 号项 目标 准1单元基本尺寸7.5 mm2单元最小尺寸1 mm3单元最大尺寸15 mm4Warpage155Jacobian0.556尺寸小于2 mm的单元占总单元的比例5%7Warpage大于10 的单元占总单元的比例5%8Jacobian小于0.6 的单元占总单元的比例5%9Aspect Ratio510四边面最小内角4011四边面最大内角14012三角面最小内角2013三角面最大内角1207 单元的处理7.1 长宽比在以应力分布为重点关注对象的区域里，单元的长宽比的推荐范围为1:11:2，在这以外区域里推荐范围可以到1:3为止。7.2 单元的大小过渡要平滑单元分割的大小急剧改变，在其附近应力分布的精度会变差，所以从大的单元要渐渐地变成小的单元，如图3所示。图3 平滑过渡的单元7.3 孔的处理（孔直径为D）7.3.1 可以忽略直径D6 mm非结构安装孔，但如果孔位于应力集中区，影响到应力分布时不可忽略。7.3.2 所有结构安装孔都必须保留。7.3.3 6 mmD30 mm，采用washer画法，建议washer外扩量为5-8 mm，washer内应至少包含6个单元，如图4所示。图4 小孔网格处理示意图7.3.4 D30 mm，可采用washer 画法，也可采用一般画法。7.4 圆角的处理7.4.1 R3 mm，圆角可以忽略；但如果圆角位于比较受关注的应力集中区域，对应力分布有显著影响时不可忽略。7.4.2 3 mmR15 mm，画两层（最小单元尺寸可小于3 mm）。7.4.3 15 mmR25 mm，画三层，如图5所示。 R3mm，忽略 3mmR15mm，两层网格 15mmR25mm，三层网格图5 圆角的处理7.5 翻边的处理7.5.1 翻边长度Lretri