[发明专利]一种乘用车气瓶安装强度的建模方法、计算方法及装置

说明书

本发明公开了一种乘用车气瓶安装强度的建模方法、计算方法及装置，所述建模方法包括：对用于装配气瓶安装结构的部分车身结构及所述气瓶安装结构的三维模型进行网格划分，得到零件网格模型；利用划分得到的零件网格模型，计算所述气瓶安装结构的1阶固有频率；根据所述气瓶安装结构的1阶固有频率，确定所述气瓶安装强度的有限元模型参数；利用划分得到的零件网格模型和所述有限元模型参数，创建气瓶安装强度的有限元模型。通过本发明得到的有限元模型适用性好，效率高，输出的气瓶安装强度的可靠性高。

技术领域

本发明涉及压缩天然气(Compressed Natural Gas，CNG)乘用车气瓶安装强度，特别涉及一种乘用车气瓶安装强度的建模方法、计算方法及装置。

背景技术

目前，CNG作为一种清洁燃料，是汽车众多替代能源之一，由于其价格低廉和排污量小的优点，在越来越多定型的汽油车上应用，形成CNG汽车。尤其是在出租车上，进行了大量CNG改装，即在保留原车汽油系统基础上，增加一套CNG装置，形成“CNG双燃料汽车”。CNG装置一般包括燃气供给系统和安装装置两大部分。其中，燃气供给系统包含高压管路和高压气瓶，安装装置包括气瓶安装托架和气瓶绑带。由于CNG装置中的气瓶装有高压气体，因此必须对气瓶安装托架和气瓶绑带等安装装置的可靠性进行检验。

一般，检验气瓶安装强度的方法主要是物理试验法，国家强制法规GB19239-2013《燃气汽车专用装置的安装要求》规定了气瓶安装装置的静/动态强度试验方法。其中，静态强度试验方法是根据安装有气瓶及安装托架的整个白车身或者部分白车身的试件(以下简称被试件)的尺寸结构和原车安装方式，将被试件固定在专用试验台或者台车上；动态强度试验方法是将被试件固定在台车上，按照试验规定的载荷加载方法进行试验。实际中，由于物理试验法一般安排在研发阶段的后期，在时间上具有滞后性，此时，若气瓶的安装装置的强度不满足要求，则改善和提高均比较困难，同时物理试验法还存在准备周期长和成本较高的问题。

随着计算辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)分析技术的发展，以有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)为代表的结构分析技术在汽车领域得到了大规模应用，这种方法首先建立产品的有限元模型，然后提交至有限元软件计算，最后通过计算结果评估结构的力学性能。FEA方法能够实时跟踪产品的结构设计和变更过程，快速对产品的力学性能进行评估，不仅节省了产品结构的改善时间，缩短了研发周期，而且减少了试验被试件个数，降低了试验成本。

现有的结构强度的FEA方法主要包括隐式(Implicit)法和显式(Explicit)法，两种方法均将计算总时间离散成连续的多个时间分析步，然后按照时间分析步的先后顺序求解结构的有限元模型。其中，隐式法的每个时间分析步都需要对静态平衡方程进行迭代求解，并检查结果的收敛性，对于结构中存在大量接触、大的结构位移和变形等高度非线性问题，常常难以建立准确的有限元模型以反映结构的非线性变化过程，需要对实际结构进行简化或者大量的调试计算，才能获得比较符合实际结构的结果，其更适用于载荷作用时间较长，结构惯性效应不明显的准静态过程；显式法较隐式法在处理结构的大量接触，大的结构位移运动和变形等方面具有明显优势，更适合于载荷加载时间很短，结构惯性效应明显的瞬态过程，但其在计算结构的准静态过程时会引入惯性效应，需要采取有效的方法控制惯性效应。

CNG乘用车气瓶安装强度的有限元建模难点在于以下方面：

1、安装托架一般通过螺栓装配在车身上，固定气瓶的钢带(即气瓶绑带)也通过螺栓压紧在气瓶上，考虑到螺栓预紧力对气瓶的安装强度结果有很大影响，在有限元建模过程中必须考虑螺栓预紧力。

2、螺栓将钢带压紧在气瓶上，是一个存在大量接触，同时包含大变形和一定刚体位移的高度非线性过程。