[发明专利]车体有限元几何模型前处理建模方法及设备

说明书

本发明实施例涉及一种车体有限元几何模型前处理建模方法，包括：建立车体结构模板数据库；分别获取用户根据车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；获取用户输入的模块技术参数；根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。本发明实施例提供的车体有限元几何模型前处理建模方法及设备，可以快速生成相应改型产品的车体几何模型，缩短车体有限元几何建模工作周期，提高铁路客车车体有限元几何模型的重用性和前处理效率。

技术领域

本发明实施例涉及车体模型制作技术领域，尤其涉及一种车体有限元几何模型前处理建模方法及设备。

背景技术

随着轨道交通技术的快速发展，铁路客车作为一种快捷和低廉的运输方式，占有的交通运输市场的比例越来越大。而与此同时，铁路客车车体作为铁路车辆的重要承载部件，其安全性和可靠性也日益受到关注，并逐步成为该领域技术研究的关键课题之一。

由于有限元仿真技术具有精度高、成本低、周期短、可重复利用等优点，逐步被应用到铁路客车车体设计安全性和可靠性评估工作的每一个环节。随着计算机技术和有限元仿真技术的快速发展，完全可以依托有限元仿真分析技术对铁路客车车体设计进行大量的仿真分析与优化设计工作。

而对于铁路客车车体来说，其车体类型和车体种类非常繁多，以常用的25型车车体来说，其包含有25B、25G和25T三种车型，每种车型又分为硬座、硬卧、软卧、餐车、发电车、行李车等多种车种，每种车种又根据设计参数的不同结构上又有所差异。而为保证铁路客车的运行安全，每种新设计的车种都需要进行有限元分析，因此，铁路客车车体的仿真分析任务是非常巨大的。

然而，对大多数铁路客车车体的仿真分析任务而言，有限元分析模型都是在车体产品的详细设计完成之后，依据三维实体设计模型结构简化实现的，在设计进行修改或变更时，有限元模型很难得到重复利用，需要重新进行有限元建模。并且，有些铁路客车车体设计还处于二维图纸设计状态，仿真部门需要依据二维图纸手工建成有相应的三维有限元分析模型，需要近一个月的时间，效率低下缓慢，且得到的模型更难重复利用。

有限元仿真分析过程一般包括前处理建模、有限元求解及后处理结果展示等三个步骤。其中，前处理建模就是进行有限元分析模型创建，包含构造有限元分析几何模型，划分有限元网格，施加边界条件等内容，其占整个有限元分析工作量的70～80％，而有限元几何模型的创建又是前处理工作的重点，其又占前处理工作量的70％以上。因此，如何快速、准确、高质量地进行有限元几何模型创建，以及如何提高有限元模型的重用性，一直是有限元仿真分析的研究重点。

现有技术中有两种车体有限元几何模型前处理建模方法。

第一种，是通过将软件建立的三维客车车体实体模型导入有限元分析软件(或有限元前处理软件)中，利用此类软件自带的“抽中面”功能，将三维客车车体实体模型转化为有限元分析前处理几何模型(板壳模型)。具体工作步骤如下：(一)将三维实体模型导入有限元分析软件(或有限元前处理软件)，并修改或删除实体模型中的多余特征；(二)在有限元分析软件(或有限元前处理软件)中对三维实体模型进行抽取中面处理；(三)由于直接抽取的中面模型不完整，需要对直接抽取的中面模型进行大量修复处理，包括中面间的连接处理、中面间的缝合处理、中间件的厚度方向上的重合处理等，最后修复完善成分析所需的有限元前处理几何模型。该种方法是基于已有三维实体模型通过抽中面的技术开展，抽中面时的操作过程非常繁琐、效率缓慢，并需要专业分析人员才可完成；且抽出的中面模型无法直接利用，需要进行大量的修复处理，而修复过程不合理又很容易造成模型修复不当，影响分析精度。