本發(fā)明涉及貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的有限元模型分析技術(shù)，具體涉及一種貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法。

背景技術(shù)：

貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是一種貨車上利用扭桿的扭轉(zhuǎn)力矩克服駕駛室的重力矩來實現(xiàn)駕駛室翻轉(zhuǎn)的機構(gòu)。貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括扭桿軸、扭桿臂和球鉸，扭桿軸的兩端各設(shè)有一個扭桿臂，每一個扭桿臂上設(shè)有一個球鉸。目前大部分輕型載貨汽車平頭駕駛室的翻轉(zhuǎn)，都是通過扭桿式的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)來實現(xiàn)，相比于液壓機構(gòu)，扭桿機構(gòu)具有布置容易、操作輕便靈活、可靠性高等特點，使駕駛室前支承具有支承、減振、翻轉(zhuǎn)功能三位一體的效果。作為貨車的重要組成構(gòu)件，扭桿剛度和預扭角的大小直接影響到駕駛室的翻轉(zhuǎn)性能，因此在產(chǎn)品的開發(fā)前期，對扭桿結(jié)構(gòu)進行有限元仿真計算也顯得尤為重要。在對扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的有限元分析過程當中，最花氣力的應(yīng)該是前處理階段的網(wǎng)格劃分，由于扭桿臂及其配合的球鉸結(jié)構(gòu)一般較為復雜，網(wǎng)格劃分是一項復雜且耗時的過程，大大影響了產(chǎn)品的開發(fā)效率，同時使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程也變得困難。

目前在對扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行有限元網(wǎng)格劃分時，一般采用單一的網(wǎng)格類型：全部采用四面體網(wǎng)格單元和全部采用六面體網(wǎng)格單元。全部采用四面體網(wǎng)格單元時，這樣前處理時間耗時短，各類復雜的結(jié)構(gòu)都能輕松完成，然而計算精度不高，在主受力區(qū)域容易出現(xiàn)應(yīng)力集中；全部采用六面體網(wǎng)格單元時，全部六面體網(wǎng)格單元的實現(xiàn)較為困難，特別是復雜的結(jié)構(gòu)，一般會先對結(jié)構(gòu)進行簡化，然后在花費較長時間和較多精力進行六面體網(wǎng)格的劃分，這樣劃分的結(jié)果雖然計算收斂相對容易，但消耗了大量的時間和精力，同時一些復雜結(jié)構(gòu)區(qū)域的簡化也會對計算結(jié)果產(chǎn)生一些未知的影響。目前在對扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行有限元網(wǎng)格劃分的缺點是：（1）、網(wǎng)格劃分方法單一：使用全四面體或者全六面體的網(wǎng)格單元對扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行網(wǎng)格劃分都有其明顯的缺點。（2）、計算結(jié)果不夠準確：利用全四面體網(wǎng)格單元進行劃分的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的計算結(jié)果不夠準確，而使用六面體網(wǎng)格劃分時，由于部分幾何的過度簡化，也會使得計算結(jié)構(gòu)受到影響。（3）、耗費時間和精力：使用全六面體網(wǎng)格單元劃分會耗費大量的時間和精力，降低工作效率。（4）、影響開發(fā)效率：現(xiàn)有方法在實施過程中會降低產(chǎn)品開發(fā)的進程，影響開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量。因此如何建立一種貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型網(wǎng)格劃分的快捷有效的方法，已成為一項亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠?qū)ω涇嚺U式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行快速有限元網(wǎng)格劃分，在不影響計算精度的同時，能夠提高前處理效率、提升產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，節(jié)省時間和人力成本的貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法，步驟包括：

1）創(chuàng)建貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的幾何模型；

2）利用網(wǎng)格劃分軟件分別對幾何模型中扭桿軸、扭桿臂之間的接觸面、扭桿臂與球鉸之間的接觸面進行幾何布爾運算，使扭桿軸、扭桿臂之間的接觸面、扭桿臂與球鉸之間的接觸面達到共節(jié)點的要求；

3）將扭桿臂分別與扭桿軸、球鉸的接觸面沿著直徑方向擴展指定的距離形成扭桿臂的過渡區(qū)域，所述過渡區(qū)域包括扭桿臂分別和扭桿軸、球鉸的過渡區(qū)域；將扭桿臂進行幾何切割劃分，得到過渡區(qū)域及除過渡區(qū)域外的復雜區(qū)域；

4）對扭桿軸和球鉸進行全六面體網(wǎng)格劃分，對扭桿臂的過渡區(qū)域采用四面體或者金字塔形的五面體網(wǎng)格劃分，對扭桿臂的復雜區(qū)域采用四面體網(wǎng)格劃分，完成扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的混合網(wǎng)格劃分。

優(yōu)選地，所述步驟2）中的網(wǎng)格劃分軟件具體是指Hypermesh軟件。

優(yōu)選地，所述步驟2）進行幾何布爾運算之前，還包括將幾何模型進行簡化、去掉幾何模型上不影響受力和計算精度的細節(jié)部位的步驟。

本發(fā)明貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法具有下述優(yōu)點：

1、本發(fā)明對貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的有限元模型進行網(wǎng)格劃分和前處理、通過對扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)不同結(jié)構(gòu)部位采取不同的網(wǎng)格單元和劃分方法， 能夠?qū)ω涇嚺U式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行快速有限元網(wǎng)格劃分，在不影響計算精度的同時，能夠提高前處理效率、提升產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，具有網(wǎng)格處理便捷有效、節(jié)省時間和人力成本的優(yōu)點。

2、本發(fā)明的混合網(wǎng)格劃分方法包括幾何布爾運算、過渡區(qū)域形成以及扭桿臂幾何切割劃分、網(wǎng)格劃分的過程，形成了一個清晰簡便的貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法的基本流程，操作方便。

3、本發(fā)明的混合網(wǎng)格劃分方法對扭桿軸和球鉸進行全六面體網(wǎng)格劃分，針對扭桿臂的過渡區(qū)域采用四面體或者金字塔形的五面體網(wǎng)格劃分，針對扭桿臂的復雜區(qū)域采用四面體網(wǎng)格劃分，完成扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的混合網(wǎng)格劃分，避免了全六面體網(wǎng)格帶來的費時費力和全四面體網(wǎng)格帶來的計算結(jié)果不精確，充分利用翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的受力特點，合理布局網(wǎng)格單元類型，做到了計算精度與計算效率的平衡。

4、本發(fā)明對于其他類似結(jié)構(gòu)的有限元模型網(wǎng)格前處理工作也具有很高的參考價值，為提升技術(shù)人員的開發(fā)效率和仿真能力水平提供了一定的指導依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中創(chuàng)建的貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的幾何模型。

圖3為本發(fā)明實施例中扭桿臂進行幾何切割劃分后的幾何模型。

圖4為本發(fā)明實施例完成混合網(wǎng)格劃分得到的幾何模型局部示意圖。

圖例說明：1、扭桿軸；2、扭桿臂；3、球鉸。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型的混合網(wǎng)格劃分方法的步驟包括：

1）創(chuàng)建貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的幾何模型，如圖2所示，幾何模型包括扭桿軸1、扭桿臂2和球鉸3，扭桿軸1的兩端各設(shè)有一個扭桿臂2，每一個扭桿臂2上設(shè)有一個球鉸3。

2）利用網(wǎng)格劃分軟件分別對幾何模型中扭桿軸1、扭桿臂2之間的接觸面、扭桿臂2與球鉸3之間的接觸面進行幾何布爾運算，使扭桿軸1、扭桿臂2之間的接觸面、扭桿臂2與球鉸3之間的接觸面達到共節(jié)點的要求；通過幾何布爾運算，將扭桿軸1與扭桿臂2、扭桿臂2與球鉸3結(jié)構(gòu)的接觸面結(jié)合起來，使用共節(jié)點的網(wǎng)格方式避免了過多面與面綁定帶來的計算精度不高和收斂困難的問題；

3）將扭桿臂2分別與扭桿軸1、球鉸3的接觸面沿著直徑方向擴展指定的距離形成扭桿臂2的過渡區(qū)域（圖3中的區(qū)域A和區(qū)域B），所述過渡區(qū)域包括扭桿臂2分別和扭桿軸1、球鉸3的過渡區(qū)域，如圖3所示；將扭桿臂2進行幾何切割劃分，得到過渡區(qū)域（圖3中扭桿臂2的區(qū)域A和區(qū)域B）及除過渡區(qū)域外的復雜區(qū)域（圖3中扭桿臂2除區(qū)域A和區(qū)域B以外的區(qū)域）；

4）對扭桿軸1和球鉸3進行全六面體網(wǎng)格劃分，對扭桿臂2的過渡區(qū)域采用四面體或者金字塔形的五面體網(wǎng)格劃分，對扭桿臂2的復雜區(qū)域采用四面體網(wǎng)格劃分，完成扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的混合網(wǎng)格劃分，最終得到混合網(wǎng)格劃分后的幾何模型如圖4所示。

本實施例中綜合考慮到扭桿軸1和球鉸3結(jié)構(gòu)相對簡單，且計算結(jié)果也是重點考察部位，所以可以采用全六面體網(wǎng)格劃分；而扭桿臂2一般結(jié)構(gòu)復雜，用全六面體網(wǎng)格難以實現(xiàn)，因此可以采用混合網(wǎng)格類型來劃分，將扭桿臂2進行幾何切割劃分，得到過渡區(qū)域及除過渡區(qū)域外的復雜區(qū)域，如圖3所示，過渡區(qū)域包括扭桿臂2分別和扭桿軸1、球鉸3的過渡區(qū)域，針對扭桿臂2的過渡區(qū)域采用五面體網(wǎng)格劃分，針對扭桿臂2的復雜區(qū)域采用四面體網(wǎng)格劃分。分別將扭桿臂2與扭桿軸1和球鉸3結(jié)構(gòu)的接觸面向直徑方向擴展一定距離，將該部分與扭桿臂2切割開來，該部分采用四面體或者金字塔形的五面體網(wǎng)格劃分，分別與扭桿臂2其他部分的四面體網(wǎng)格共節(jié)點，與扭桿軸1和球鉸3的六面體網(wǎng)格保持共節(jié)點。本實施例對翻轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元模型進行合理的幾何布局，分別對不同的部位采用不同的網(wǎng)格單元類型，從而達到節(jié)省前處理時間，保證有限元計算精度，提高產(chǎn)品開發(fā)效率的目的，其優(yōu)勢在于充分發(fā)揮各種網(wǎng)格類型的優(yōu)缺點，合理運用在復雜的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的有限元前處理上面，節(jié)約了大量的時間和人力，保證了計算精度，為開發(fā)設(shè)計人員對于貨車扭桿式翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和其他類似產(chǎn)品的有限元仿真前處理提供了詳盡的技術(shù)參考。

本實施例步驟3）中的網(wǎng)格劃分軟件具體是指Hypermesh軟件。此外，也可以根據(jù)需要采用其他的專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件，同樣也可以實現(xiàn)對扭桿軸1、扭桿臂2之間的接觸面、扭桿臂2與球鉸3之間的接觸面進行幾何布爾運算，其原理與本實施例相同，在此不再贅述。

本實施例中，步驟2）進行幾何布爾運算之前，還包括將幾何模型進行簡化、去掉幾何模型上不影響受力和計算精度的細節(jié)部位（例如扭桿軸1兩端的螺紋等細節(jié)部位）的步驟，通過上述幾何模型上不影響受力和計算精度的細節(jié)部位的簡化，能夠簡化混合網(wǎng)格劃分的數(shù)據(jù)處理，加快混合網(wǎng)格劃分的時間，提升混合網(wǎng)格劃分的效率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。