玻璃纤维材料部件力学仿真方法及装置

摘要

本发明公开了一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法及装置，所述方法包括：根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据。采用本发明实施例，考虑到纤维的各向异性，提高了结构力学仿真分析准确率。

权利要求

1.一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法，其特征在于，包括：

根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向；

根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；

将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；

获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；

从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化；

根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据；

其中，所述获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据，具体为：获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；

根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

2.如权利要求1所述的玻璃纤维材料部件力学仿真方法，其特征在于，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。

3.如权利要求1所述的玻璃纤维材料部件力学仿真方法，其特征在于，所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据包括每一方向上的至少15组的应力应变数据；

对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

4.如权利要求1所述的玻璃纤维材料部件力学仿真方法，其特征在于，所述结构力学仿真模型所划分成的每一个子单元的方式与所述模流分析模型所划分成的每一个子单元的方式相同。

5.一种玻璃纤维材料部件力学仿真装置，其特征在于，包括：

模流分析模块，用于根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向；

模型构建模块，用于根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；

纤维取向映射模块，用于将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；

应力数据获取模块，用于获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；

模型优化模块，用于从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化；

形变仿真模块，用于根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据；

其中，所述应力数据获取模块具体包括：

方向数据获取单元，用于获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；

各向数据拟合单元，用于根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

6.如权利要求5所述的玻璃纤维材料部件力学仿真装置，其特征在于，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。

7.如权利要求5所述的玻璃纤维材料部件力学仿真装置，其特征在于，所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据包括每一方向上的至少15组的应力应变数据；

对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

8.如权利要求5所述的玻璃纤维材料部件力学仿真装置，其特征在于，所述结构力学仿真模型所划分成的每一个子单元的方式与所述模流分析模型所划分成的每一个子单元的方式相同。

说明书

玻璃纤维材料部件力学仿真方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机仿真领域，尤其涉及一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法及装置。

背景技术

[0002] 在塑胶材料中添加玻璃纤维的目的是为了增加材料本身的强度，但由于玻璃纤维材料在注塑成型过程中随着塑胶流动方向的改变纤维会发生取向，而取向的方向性将较大程度的影响产品结果的刚强度。通常情况，纤维以0度和90度取向，制件的应力应变值相差接近一倍。

[0003] 但是在进行结构力学仿真时，输入模型不具备纤维的属性，即模型内部各个方向的应力应变为相同值，我们称之为各向同性，而实际产品中的纤维取向是各向异性的，即每根纤维都具有不同的取向性，从而导致产品本身每个区域具有不同的力学性能，所以传统的结构力学仿真无法真实的模拟实际纤维增强产品的力学性能。

[0004] 传统的结构力学仿真往往采用纤维单一的取向方向即各向同性替代纤维的各向异性，默认分析误差的存在并采用增加安全系数的方式予以弥补。

[0005] 传统的结构力学仿真模式采用增加安全系数的方式予以弥补，一来对主观经验要求比较高，对于安全系数的确定人为因素影响较大，二来每个产品的结构、模具方案、成型工艺参数都不相同，纤维的取向角度也都不同，采用单一的经验安全系统去修正误差势必以点带面，以偏概全，使分析结果与实际存在较大差异，最终导致设计的产品结构较弱或者较强，与精益设计的目标背道而驰。

发明内容

[0006] 本发明实施例提出的一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法及装置，考虑到纤维的各向异性，提高了结构力学仿真分析准确率。

[0007] 本发明实施例提供一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法，包括：

[0008] 根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向；

[0009] 根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；

[0010] 将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；

[0011] 获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；

[0012] 从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化；

[0013] 根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据；

[0014] 其中，所述获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据，具体为：

[0015] 获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；

[0016] 根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

[0017] 进一步地，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。

[0018] 更进一步地，所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据包括每一方向上的至少15组的应力应变数据；对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

[0019] 再进一步地，所述结构力学仿真模型所划分成的每一个子单元的方式与所述模流分析模型所划分成的每一个子单元的方式相同。

[0020] 相应地，本发明实施例还提供一种玻璃纤维材料部件力学仿真装置，包括：

[0021] 模流分析模块，用于根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向；

[0022] 模型构建模块，用于根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；

[0023] 纤维取向映射模块，用于将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；

[0024] 应力数据获取模块，用于获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；

[0025] 模型优化模块，用于从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化；

[0026] 形变仿真模块，用于根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据；

[0027] 其中，所述应力数据获取模块具体包括：

[0028] 方向数据获取单元，用于获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；

[0029] 各向数据拟合单元，用于根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

[0030] 进一步地，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。

[0031] 再进一步地，所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据包括每一方向上的至少15组的应力应变数据；对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

[0032] 更进一步地，所述结构力学仿真模型所划分成的每一个子单元的方式与所述模流分析模型所划分成的每一个子单元的方式相同。

[0033] 实施本发明实施例，具有如下有益效果：

[0034] 本发明实施例提供的一种玻璃纤维材料力学仿真方法及装置，通过将模流分析模型中的每一个子单元的纤维取向映射到结构力学仿真模型，使结构力学仿真模型具备纤维取向的属性，进而再根据获取到的每一个方向上的应力应变数据，获得结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，考虑了纤维的各向异性问题，进而在后续对该部件进行形变仿真时，基于优化后的结构力学仿真模型进行形变测试，使获得的获得所述部件的仿真形变数据更为准确，提高结构力学仿真分析的准确率。

附图说明

[0035] 图1是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真方法的一个实施例的流程示意图；

[0036] 图2是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真装置的一个实施例的结构示意图；

[0037] 图3是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真装置的应力数据获取模块的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 参见图1，是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真方法的一个实施例的流程示意图；本发明实施例提供的一种玻璃纤维材料部件力学仿真方法，包括步骤S1至S6：

[0040] S1，根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向。

[0041] 需要说明的是，所述模流分析模型是利用注塑CAE仿真软件，运用有限元方法对该部件注塑工艺过程进行的仿真分析，分析所采用的材料为从注塑CAE仿真软件的材料库中选取与该玻璃纤维材料相同的材料，在注塑CAE仿真软件仿真之前还包括根据实际注塑成型经验进行分析前工艺参数的设置，如注塑机螺杆控制曲线，保压曲线，模具温度，塑胶温度等。注塑仿真的过程包括根据所述部件的产品结构在注塑CAE软件中进行浇口、流道和冷却水管的建模，通过建立直线然后划分成有限元元素，即所述模流分析模型包括的每一个子单元。所述模流分析模型包括注塑成型过程中塑胶在模具里的流动状况结果，以及注射压力，结合线，体积收缩，翘曲变形，温度，纤维取向等结果。以及，不同的注塑CAE软件操作上有少许差异。

[0042] S2，根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型。

[0043] 在本实施例中，步骤2是由结构力学仿真软件根据传统的结构力学仿真方法对所述部件构建成结构力学仿真模型。此时所部件的结构力学仿真模型中的每一个子单元的纤维取向是统一或者是无特指。

[0044] S3，将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向。

[0045] 需要说明的是，所述模流分析模型划分成有限元素的划分方式与所述结构力学仿真模型划分成有限元素的划分方式一致，即，所述模流分析模型的每一个子单元一一对应于所述结构力学仿真模型的每一个子单元。可以通过复合材料CAE软件将模流分析模型的每一个子单元的纤维取向一一映射到所述部件的结构力学仿真模型中，使得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元具体相应的纤维取向。

[0046] S4，获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

[0047] 为了提高获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据的多样性和效率，可以根据实验获取的所述玻璃纤维材料在在三个互不相同的方向上的应力应变数据，再进行拟合，具体地：

[0048] 获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；优选地，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

[0049] 根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

[0050] 需要说明的是，由于从0到90度之间的角度是无限大值，所以各向异性的应力应变数据的精确度取决于获取到的三个互不相同的方向上的应力应变数据，获取实验得到的三个互不相同中的每一个方向上的应力应变数据的实验组越多，拟合生成的各向异性的应力应变数据就越精确，但随之工作量和复杂程度就越来越来高，因而在本实施例中，为了均衡精确度与工作量，获取0度、45度和90度每个方向的至少15组实验数据，优选20～50组。

[0051] S5，从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化。

[0052] 需要说明的是，优化后的结构力学仿真模型上的每一个子单元具备相应的纤维取向，并具备每个子单元对应的应力应变数据，使得结构力学仿真模型内各个方向的应力应变不为相同值，具有各向异性，使得后续对部件进行结构力学仿真时能够充分考虑到纤维取向对产品刚强度的影响，从而获得更准确的结构力学仿真结果。

[0053] S6，根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据。

[0054] 需要说明的是，优化的结构力学仿真模型存储在结构力学仿真软件中，由结构力学仿真软件基于该优化后的结构力学仿真模型进行形变测试，即结构力学仿真。

[0055] 本发明实施例提供的一种玻璃纤维材料力学仿真方法，通过将模流分析模型中的每一个子单元的纤维取向映射到结构力学仿真模型，使结构力学仿真模型具备纤维取向的属性，进而再根据获取到的每一个方向上的应力应变数据，获得结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，考虑了纤维的各向异性问题，进而在后续对该部件进行形变仿真时，基于优化后的结构力学仿真模型进行形变测试，使获得的获得所述部件的仿真形变数据更为准确，提高结构力学仿真分析的准确率。

[0056] 参见图2，是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真装置的一个实施例的结构示意图；本发明实施例还提供一种玻璃纤维材料部件力学仿真装置，能够实现上述实施例提供的方法的全部流程，具体包括：

[0057] 模流分析模块10，用于根据所述部件的仿真参数，注塑仿真构建所述部件的模流分析模型；所述注塑仿真参数包括所述部件采用玻璃纤维材料和所述部件的产品结构；所述模流分析模型包括每一个子单元的纤维取向；

[0058] 模型构建模块20，用于根据所述部件的仿真参数，仿真构建所述部件的结构力学仿真模型；

[0059] 纤维取向映射模块30，用于将所述模流分析模型映射到所述部件的结构力学仿真模型，获得所述部件的结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向；

[0060] 应力数据获取模块40，用于获取所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据；

[0061] 模型优化模块50，用于从所述玻璃纤维材料在从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据中，根据所述结构力学仿真模型的每一个子单元的纤维取向，获取所述结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，完成所述部件的结构力学仿真模型的优化；

[0062] 形变仿真模块60，用于根据接收到测试应力数据，对优化后的所述部件的结构力学仿真模型进行形变测试，获得所述部件的仿真形变数据。

[0063] 进一步地，如图3所示，图3是本发明提供的玻璃纤维材料部件力学仿真装置的应力数据获取模块的一个实施例的结构示意图；所述应力数据获取模块40具体包括：

[0064] 方向数据获取单元41，用于获取所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据；

[0065] 各向数据拟合单元42，用于根据所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据，拟合生成所述纤维材料从0到90度之间的每一个方向上的应力应变数据。

[0066] 进一步地，所述三个互不相同的方向分别为0度、45度和90度。

[0067] 再进一步地，所述玻璃纤维材料在三个互不相同的方向上的应力应变数据包括每一方向上的至少15组的应力应变数据；对于指定方向的应力应变数据是指对实体的玻璃纤维材料进行沿该方向拉伸而获得的形变应力随拉伸力度变化的数据。

[0068] 更进一步地，所述结构力学仿真模型所划分成的每一个子单元的方式与所述模流分析模型所划分成的每一个子单元的方式相同。

[0069] 实施本发明实施例，具有如下有益效果：

[0070] 本发明实施例提供的一种玻璃纤维材料力学仿真装置，通过将模流分析模型中的每一个子单元的纤维取向映射到结构力学仿真模型，使结构力学仿真模型具备纤维取向的属性，进而再根据获取到的每一个方向上的应力应变数据，获得结构力学仿真模型的每一个子单元的应力应变数据，考虑了纤维的各向异性问题，进而在后续对该部件进行形变仿真时，基于优化后的结构力学仿真模型进行形变测试，使获得的获得所述部件的仿真形变数据更为准确，提高结构力学仿真分析的准确率。

[0071] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

[0072] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。