HyperMesh二次開發在汽車座椅安全帶固定點強度分析中的應用

陳 坤，黃美華，張 俊，高彥超，蔣成約

(重慶理工大學， 重慶 400054)

汽車座椅的設計與研發是一項復雜的系統工程，從開始設計到批量生產通常需要24～36個月的時間[1-3]。應用仿真分析指導產品的設計和改進，可以提高產品的設計效率，減少試驗次數，降低設計成本[4-5]。通過二次開發，可以將工程師的專業知識轉化成企業 CAE 流程并進行固化，實現分析流程標準化和自動化，提高企業 CAE 分析的質量和效率[6]。

本文基于HyperMesh軟件的前、后處理平臺，運用TCL語言和其自帶的功能函數和GUI函數編寫了一系列用于創建按鈕的腳本程序，點擊按鈕便可調用程序實現汽車座椅安全帶固定點強度分析的前、后處理過程，并自動生成PPT形式的分析報告。

1 汽車座椅安全帶固定點強度分析概述

汽車座椅在設計研發階段，進行的模擬仿真分析主要有汽車座椅安全帶固定點強度分析、汽車后排座椅行李箱沖擊分析、汽車前排副駕駛座椅下潛分析及鞭打試驗分析[7-8]。其中安全帶固定點強度是汽車被動安全的一個重要指標，是車輛《公告》試驗的強制檢查項目[9]。在HyperMesh中，汽車座椅安全帶固定點強度分析前處理的步驟通常包括幾何數據模型導入，幾何清理(刪除重復曲面、修補曲面、模型簡化)，網格劃分，導入并準確安裝模擬假人(根據座椅大小縮放假人)，創建安全帶(能夠自動預緊、與假人良好貼合)，賦予材料屬性，定義連接(剛性單元模擬、剛性片模擬、運動副)，定義接觸，邊界載荷設置等[10-11]。圖1是汽車座椅安全帶固定點強度分析前處理流程。

2 HyperMesh二次開發

HyperMesh二次開發有2種基本形式：一種是直接在其面板上創建功能按鈕，另一種是通過Process Manager創建流程樹。但是歸根結底它們的底層工作模塊都是由TCL語言和內置函數命令(功能函數和GUI函數命令)所編寫的程序。

圖1 汽車座椅安全帶固定點強度分析前處理流程

創建功能按鈕，按鈕可以通過修改userpage.mac文件來創建。TCL腳本是由TCL語言把內置函數命令按一定的邏輯連接起來構成的，需要實現功能的按鈕就是將已調試好的腳本文件與按鈕通過宏命令聯系起來。

流程樹的創建是通過Process Studio來實現，由Process Manager來調試和運行的。流程模板文件的擴展名為.pmt，它由Process Studio提供的頁(HWPM Page)構成，頁上能夠布置平臺所提供的3種不同類型的控件[6]，并且可以添加TCL腳本在控件上來實現特定的功能，頁與頁之間的轉換可以通過The Framework所提供的命令實現，如::hw::pmgr::PmgrGotoTask命令可以實現從當前任務到指定任務的功能。

3 CAE建模流程自動化

3.1 零件重命名、自動化賦予材料和屬性

材料的本構是有限元計算中一個重要的參數，只有輸入正確的材料參數才能得到準確的結果[12]。建模時component材料和屬性的準確賦予是CAE分析的前提[13]，但是因零件數目較多、創建和賦予材料屬性的操作繁瑣，需要頻繁切換面板、點擊鼠標，導致花費較多時間、誤操作率高且糾錯難度大。因此非常有必要編寫腳本程序自動化實現這個功能。腳本程序邏輯流程如圖2所示。

圖2 零件命名以及材料賦予程序邏輯流程

此程序邏輯流程對應的腳本程序能實現的功能有：

1) 根據BOM表自動規則化命名所有component；

2) 切取材料信息，并自動與材料庫匹配賦予component；

3) 獲取幾何屬性信息，自動創建屬性并賦值。

根據所編寫的腳本程序運行的結果如圖3所示，所有component的自動化重命名及材料屬性的賦予由原來的30 min縮短至2 min，工作效率提高93%，也大大地降低了錯誤率和人工操作強度。

3.2 自動化定義安全帶

安全帶的建模是此CAE分析項目的重點和難點，其中的主要建模工作為建立卷收器、織帶(1D、2D)、滑環(D環)、鎖扣等模型，安全帶卷收器中還包含預緊器和限力器以及相應傳感器的建模[14]。傳統建模操作繁多，出錯率高，通過程序簡化了此操作步驟，提高了建模效率。其二次開發的腳本程序邏輯流程如圖4所示。

圖3 自動化賦予材料和屬性結果對比

圖4 自動創建安全帶程序邏輯流程

此腳本程序運行之前需提前創建安全帶特征位置坐標點和加載曲線的.csv文件，在程序運行時需要選擇讀入的.csv文件和手動標記一個后續作為傳感器檢測對象的節點。特征位置節點及單個單元的創建分別采用以下2條命令(它可以返回創建節點、單元的id號)：

::hwat::utils::CreateTempNode

::hwat::utils::CreateElement

圖5為自動創建安全帶的實例。圖5(a)為創建前的座椅模型，傳統的創建方法需要12步才能全部完成，采用本文開發的腳本只需2步就能快速、高效的創建并定義完安全帶，減少了83%的操作步驟，效果如圖5(b)所示。

圖5 安全帶自動創建實例

4 后處理二次開發過程介紹

在結果文件生成后，通過直接在HyperMesh界面中點擊按鈕運行程序生成批處理文件調用HyperView軟件。以下是生成批處理文件的程序以及此文件的調用命令：

set call_hw "call $hw _path-client config hwpost.dat -tcl ";

set file_path[open[file join $dir "batchmode.bat"] w];

puts -nonewline $file_path $call_hw;

puts $file_path $tcl_path;

close $file_path;

#調用程序

exec[eval $file_path];

其中$hw_path為hw.exe文件路徑(…HyperMeshhwinwin64hw.exe)；$dir為任意文件路徑，本程序為腳本程序所在路徑；$tcl_path為后處理所需要調用的程序路徑。

輸出關鍵零部件的應力云圖以及相應零件的應力最值，并將應力云圖保存為jpg格式，將應力最值存stressvalue.txt文件中。并在后處理程序中嵌入由VisualBasic for Applications(簡稱VBA)語言編寫的程序代碼，在后處理程序運行時，會自動生成的.vbs文件。生成.vbs文件及其調用關鍵程序如下:

proc CreateVBS { vbs_path str } {

set fp_chan[open $vbs_path w]

puts $fp_chan $str

close $fp_chan

}

CreateVBS[file join $dir "creat_result_ppt.vbs"] $str

exec cmd.exe /K[ file join $dir "creat_result_ppt.vbs" ] &

其中$str中存儲著由VBA語言編寫的字符串。

通過上面生成的.vbs文件自動調用應力云圖以及stressvalue.txt文件和PPT模板生成分析報告，如圖6所示。

圖6 后處理程序生成的分析報告

5 結束語

本文以某款車型的座椅為例，闡述了HyperMesh二次開發在汽車座椅安全帶固定點開發的應用，并著重介紹了零件重命名、材料賦予以及安全帶創建的模塊以及后處理的二次開發過程。基于HyperMesh 軟件平臺下的二次開發可以很方便地將操作復雜的步驟化簡，不僅減小分析人員的勞動強度，還保證了正確率，并且最終能按照固定的模板生成分析報告，提高了分析效率及計算結果的一致性，有助于縮短開發周期和提升CAE分析質量。