HyperWorks二次開發在商用車駕駛室頂蓋踩踏分析中的應用

丁培林 王君剛 郎寶永 蘇歡 孫國正

摘? 要：駕駛室頂蓋踩踏剛度試驗是駕駛室開發環節中必不可少的工作，而踩踏剛度的CAE分析是枯燥繁瑣且操作大量重復的。本文基于HyperWorks平臺，采用Tcl/Tk語言對某駕駛室踩踏剛度分析過程中的載荷加載及后處理進行二次開發，代替原有重復性工作，直接得到計算求解模型及踩踏剛度結果。該方法的應用大幅提高工作效率，縮短工時，同時提高分析結果的準確性和一致性。

關鍵詞：CAE分析;踩踏剛度;Tcl/Tk語言;二次開發

中圖分類號：U463.8? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2019）04-0031-04

Abstract： The trampling stiffness analysis of the cab roof is an indispensable work in the development of the commercial vehicle cab. The CAE analysis of the trampling stiffness is tedious and repetitive. Based on HyperWorks platform， this paper uses Tcl/Tk language to redevelop the loads loading and post-processing of a cab trampling stiffness analysis process， instead of the original repetitive work， which directly obtains the calculation model and trampling stiffness results. The application of this method greatly improves the work efficiency， shortens the working hours， and improves the accuracy and consistency of the analysis results.

汽車領域計算機仿真技術日趨成熟，很多企業的CAE分析工作都有了一定的行業或企業標準，CAE分析工作人員根據相關標準開展分析工作，比如商用車駕駛室頂蓋的踩踏剛度分析等。商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度需要在十幾甚至幾十個位置測試其剛度是否滿足要求，加載過程和后處理過程是一個枯燥繁瑣和重復性的工作。而二次開發編寫程序替代重復性的工作內容，可以實現模型直接加載求解和后處理功能，節省大量工時和人力成本;二次開發的應用，也可以減少分析人員的差異對結果的影響。

國內，很多企業和高校也在進行HyperWorks二次開發方面的研究。其中，杜少博[1]提出一種自動提取商用車車架剛度數據的方法;丁濤等[2]提出了客車CAE前處理方法;葉松奎等[3]開發了模態、剛度分析程序;樊紅光等[4]開發了靜剛度分析程序;陸善彬等[5]開發了無鉚釘鉚接快速建模方法。本文基于HyperWorks軟件平臺，采用Tcl＼Tk語言，首次開發了某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度自動化分析程序，該程序很好地解決了前處理施加載荷以及后處理提取結果的重復性工作，大大提高了工作效率，為企業節省了大量的時間成本和人工成本。

1? ? HyperWorks二次開發概述

工具控制語言Tcl 是Tool Command Language的縮寫，是一種解釋執行的腳本語言，其面向對象為otcl語言。Tcl擁有一個固有的核心命令集，同時還具有和C/C++語言類似的控制結構：if控制、循環控制和switch控制等，并支持過程的定義和調用，對數組和字符串等簡單數據結構也提供了支持。工具集Tk（Toolkit） 是圖形工具箱 Tcl的擴展，它提供各種標準的GUI 接口項，以利于迅速進行高級應用程序開發。

基于Hyperworks平臺的前、后處理二次開發支持Tcl&Tk語言。對于前處理，本文基于Hypermesh模塊可以自動記錄各種命令操作，然后形成本文需要的程序代碼。對于后處理，本文基于Help幫助文件，逐層訪問各級對象，并實現后處理操作。

2? ? 某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度加載的二次開發

2.1? ?某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度加載流程

在某型商用車駕駛室開發過程中，頂蓋踩踏剛度標志著頂蓋的抗凹能力，是一項重要評價指標。頂蓋踩踏工況一般在駕駛室強度工況分析后進行，因此可以直接借用駕駛室有限元模型進行分析。在駕駛室有限元模型的基礎上，在模型上直接施加踩踏載荷進行CAE分析。由于該駕駛室頂蓋踩踏位置有N=12個點，所以需要人工重復操作12次加載過程，如圖1所示。分析步驟如下：首先，選擇約束點位置，創建loadcollector并施加約束;然后，選擇加載點位置，創建loadclloector并施加力F;最后創建載荷步loadstep，載荷施加完成后通過OptiStruct求解計算。

2.2? ?駕駛室頂蓋踩踏剛度加載二次開發

根據駕駛室頂蓋踩踏剛度加載過程，采用TCL＼TK語言編程思路如圖2所示。該程序根據企業標準可以確定駕駛室約束點和踩踏位置的節點編號，然后根據節點編號識別約束點和加載點。最后，采用“For”循環語句將加載踩踏力循環N次，完成加載過程。

該程序通過File-Run-Tcl/Tk Script運行，運行完成后程序自動提示“LoadSteps Finish”，表示加載完成，如圖3所示。

3? ? 某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理的二次開發

3.1? ?某商用車駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理流程

按照程序加載完成后進行求解，計算完成后自動生成*.h3d文件，打開HyperView軟件查看結果，設置好相關參數更改不同的Loadsteps，截圖保存結果到指定位置。對于踩踏剛度，僅提取Z向位移即可。首先更改色標卡，顯示Z向位移;然后截圖保存并命名。同樣地，本操作也需要重復N次操作（N=12），具體如圖4所示。

3.2? ?駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理二次開發

HyperWorks前處理和后處理由兩個模塊分別負責，雖然都是基于TCL語言，但兩者的編程邏輯不一樣。與HyperMesh前處理部分不同，HyperView為面向對象的語法，基本語法如下：

{ object_name } { command }

{ command parameter（s） }

操作一個對象之前，需要逐層訪問各級對象，因此必須先了解數據結構的對象層級，其中HyperView數據結構的對象層級如圖5所示。根據駕駛室頂蓋踩踏剛度后處理過程可以制定二次開發流程圖，具體如圖6所示。程序主要完成修改色標卡、顯示位移云圖、循環輸出位移云圖、保存并重命名圖片。程序運行完成后，可以直接獲取位移圖片，不需要重復性操作。具體運行方式如圖7所示。

4? ? 應用效果

由小節2.1和3.1可知，現有駕駛室頂蓋踩踏剛度分析需要N次（本模型N=12）重復性工作才可以完成，過程繁瑣枯燥，熟練的CAE工程師多次加載和后處理需要半個小時左右。而通過二次開發編寫的程序（見小節2.2和3.2），每次直接運行程序即可完成加載，5分鐘內就可完成，極大地提高工作效率，且不易出錯。程序運行方式簡單，容易上手。

除了簡單加載，二次開發還可以自動劃分網格、創建材料并賦屬性、自動創建螺栓連接;關于后處理，可以實現自動出報告等更加全面自動化的程序。將所有小程序整合成一套CAE自動化分析流程，可以節省大量時間，甚至可以根據企業分析標準為CAD設計人員開發一套CAE分析程序，讓其可以簡單驗證其設計思路是否可行，節省CAE人員重復繁瑣的工作。

5? ? 結論

本文基于HyperWorks平臺，采用TCL&TK語言提出一種自動駕駛室頂蓋踩踏剛度分析方法，首次編寫了駕駛室踩踏剛度自動化分析流程程序，通過直接運行該程序可以實現自動化加載和自動化后處理。本程序除了在駕駛室頂蓋踩踏工況中應用，還可以在其他分析中推廣應用，例如駕駛室局部剛度、車架剛度等。該方法的應用，提高了工作效率，避免了重復性工作，減少人為錯誤，縮短各大平臺的研發時間，提高產品競爭力。

參考文獻：

[1]杜少博. 一種自動提取商用車車架剛度數據的方法[J]. 企業科技與發展，2016（5）：26-28.

[2]丁濤，彭旺，紀緒北. HyperMesh二次開發在客車CAE分析前處理上的應用[J]. 客車技術與研究， 2015（6）：47-49.

[3]葉松奎，崔朝軍，沈斯哲，等. HyperMesh二次開發在模態、剛度分析中的應用[J]. 機電技術， 2016（1）：30-32.

[4]樊紅光，昝建明. 基于HyperMesh二次開發的靜剛度分析程序[C]// Altair 2012 HyperWorks 技術大會. 2012.

[5]陸善彬，呂婕，陳偉，等. 基于HyperMesh二次開發的無鉚釘鉚接有限元快速建模[J]. 圖學學報， 2014，35（5）：804-808.