一套面向汽车CAE前处理工程师实战技术能力进阶攻略
导读：那一年，我还是懵懂无知的少年，对社会知之甚少；那一年，我离开学校进入了石油管道检测行业，面对海量监测数据对前途感到迷茫；那一年，我成功进入汽车行业成为了前处理工程师；那一年，我拿着可怜微薄的工资对女朋友说，我们这个行业是技术行业，将来我是能赚万八千的人。
一、前处理工程师是干什么的？
那一年，我听着MP3，走在白雪皑皑的路上，去公司高高兴兴画网格；那一年，我希望公司加班，因为可以混加班餐；那一年，我开始不满足于仅仅画网格。。。
时光荏苒，白驹过隙，那一年终究停留在了那一年，我们所经历的所有苦难都是美好的回忆。做为前处理工程师我们可以听着小曲，哼着小调，还可以鼠标键盘一顿操作猛如虎；做为前处理工程师，我们从不会把工作带到生活；做为前处理工程师，我们的工作就是简简单单无忧无虑。
做为前处理工程师，我们做着行业内最耗费体力的工作，拿着行业内最低的薪水，于是，终有一天我们会不满足于前处理工程师的身份，我们要努力成为仿真工程师为我们自己创造更大的价值，但对于行业初学者如果没有公司的培养如何成为一名合格的前处理工程师也是任重而道远。
二、从“前处理”到仿真工程师要做多久？
前处理工作真的很辛苦，甚至在我们咨询仿真前辈时，很多人给的建议就是：
网格操作工、没有前途、没有技术含量等等，不可否认相对仿真计算来讲，前处理确实不需要过多的专业理论知识，但是对于我们大部分想进入仿真行业的朋友这是一条必须要走的路。因为我们并不是所有人都是名校或者高学历、我们也不是出了校门自带项目经验，对于大部分的我们来讲只能脚踏实地从业内最基础做起。项目中见过不会做仿真的前处理工程师，没有见过不会做前处理的仿真工程师，所以把前处理重视起来是不会错的；对于想进入仿真行业的初学者朋友，我强烈的建议，多花些时间把前处理掌握好，这样不管去哪里混个工作还是很容易；对于现在已经是前处理工程师的朋友，前处理最多做两年，必须找机会去做仿真；当然对于看文章的仿真大佬，看一看笑一笑就好，或者也会勾起年轻时画网格的回忆？
我的第二份仿真工作，较第一份工资翻倍，现在回忆起应该是面试时画了一手漂亮的网格。现在自己创业有自己的公司，在我公司没有专门的前处理工程师，但是每个仿真工程师必须花费半年以上时间学习并练习网格的划分。
如果有人问我，前处理仅仅是网格操作吗？我的回答——不是；严格意义上来讲一名合格的前处理工程师不仅仅是掌握网格的操作，还应该掌握网格密度的控制、关键位置的细化、特征结构的简化等，其中每一项都会影响仿真的结果。
而在汽车行业，在有明确的前处理规范下，前处理工作变简单了，只会软件操作也能胜任了，这对我们大部分学历不是很高又想进入汽车仿真行业的朋友其实是一件好事。
整车仿真项目通常分为前处理、刚强度、疲劳耐久、碰撞安全、NVH、CFD等方向，其中前处理团队人员最多，通常会有七八位工程师共同完成，其他各分析方向通常会有3-4位工程师。
三、我认识的整车前处理与仿真
接下来给大家介绍下汽车前处理分析规范，同时标注下自己的见解：
1、模型管理
白车身（BIW）；
四门两盖（closure）；
动力总成（powertrain）；
前后端框架（front_rear_end）；
座椅（seat）；
悬置、副车架和仪表板（suspension_subframe_IP）。
见解：k文件为安全仿真计算文件，设置include方便模型的管理，同时在结构优化迭代过程中我们可针对各总成单独结构优化，方便快捷且降低出错率。
见解：对各总成的节点、网格、层以及集 合设定id编号，可方便模型管理、模型的计算调试、通过报错确定具体总成范围等。
2、命名规则
（1）零件命名规则
在项目组提供的数模名称基础上进行CAE零件命名，从左至右，依次是项目代号或者车型代号、子组代号、零件号、厚度及材料（如下图），中间间隔符号用下划线标识，零件命名中间严禁出现空格，厚度前加字母T，以便查看，厚度采用四位数字表示，单位为mm，左边起第一位表示实际厚度十位上的数值，如十位上没有则为0，左边起第二位表示实际厚度个位上的数值，左边起第三位表示实际厚度小数点之后第一位数值，左边起第四位表示实际厚度小数点之后第二位数值（如厚度为10.55mm，则表示为T1055）。
（2）零部件属性命名规则
零件属性名称与零件名称保持一致。
（3）材料命名规则
材料的命名按照国家标准或企业标准的材料代号命名
见解：零件对应的层的命名通常按照企业规范执行，命名规范对计算无影响，只是方便模型统一管理，另外必须注意即使不按照规范命名，其名称中一定体现出材料以及属性，方便后期材料属性的赋予。
3、网格单元尺寸及质量要求
（1）基本要求
第一、对于车身上的钣金件，抽中面画成2D网格，尽量减少三角形的数量，尽量不要出现三角形单元相邻；
见解：抽取中面网格可保证计算准确度的同时减少整车网格规模提高计算效率
第二、保留主要的几何型线，网格要与几何保持良好的贴合；
见解：保证网格与结构的一致性
第三、对于横跨纵向中心面的部件，用纵向中心面把它分割成两部分，对称部件以及对称结构要求对称网格；
见解：对于对称的结构只划分对称部分可提高工作效率
第四、每个零件的单元法向必须一致；
见解：法向主要对接触、热辐射等有影响。项目中线性强度分析不考虑接触；非线性abaqus分析需注意法向；安全dyna分析由于存在自动接触，法向影响不大。但为养成好习惯，对法向的要求仍需执行。
第五、每个零件的单元应连续，自由边只能出现在零件的实际边界上；
见解：保证划分的网格与实际结构的一致性，若结构中间存在边界，会降低部件的刚度，计算结果不准确。
第六、整车网格模型不允许出现初始穿透。
见解：首先初始穿透与实际不符，另外在分析过程中可能造成不收敛、计算误差较大等问题。
（2）网格尺寸及质量要求
① 1D单元
1D单元主要包括刚性单元、弹簧阻尼单元等
检查项目：
free 1d’s1D 检查单元是否存在自由端；
rigid loops 检查刚性单元是否形成环；
dependency 检查刚性单元是否有双重依赖性。
② 2D单元
单元基本尺寸8mm
见解：对于网格基本尺寸是计算精度与计算时间同时考虑的结果；对于网格质量要求是为了保证计算精度同时避免由于网格质量问题造成的模型计算失败；在结构分析中关键区域如倒角通常需要相对细化处理以保证计算精度；在显示动力学分析中通常不允许小尺寸网格的生成，会影响计算效率，显示分析中通常设定质量缩放，牺牲一定的计算精度从而提高计算效率。
③ 3D单元
常见的3D单元有四面体和六面体两种，网格标准如下：
另外：对四面体单元检查项
vol skew≤0.5 检查四面体单元的体积扭曲； Tet collapse≥0.5 检查四面体形状； Tetra AR≤5 检查四面体单元最大边和最短边的比值。
见解：对于3D单元在结构厚度方向上为保证计算精度需有三排以上网格，若计算文件或报告中有单排体网格的出现其结果必定不可靠；对于网格质量要求是为了保证计算精度同时避免由于网格质量问题造成的模型计算失败。
4、几何处理和网格划分
（1）孔的处理
① 定位孔以及一般的连接孔
直径小于5mm的，忽略孔，在孔的中心布置节点；
直径在5mm和10mm之间的，在孔的周围布置四节点，画成四边形；
直径大于10mm的，在孔的周围布置≥6的偶数个节点。
② 螺栓连接孔
直径小于5mm的，忽略孔，在孔的中心布置节点；
直径在5mm和12mm之间的，在孔的周围布置6节点和washer 5mm的孔；
直径在12mm和18mm之间的，布置8节点和washer 8mm的孔。
（2） 椭圆孔的处理
R小于5mm时，忽略椭圆孔；
R在5mm和8mm之间，采用一排单元，长边上根据网格尺寸布置节点；
R在8mm以上，采用两排或者两排以上的单元，长边上根据网格尺寸布置节点。
见解：主要结合网格质量中的单元大小确定的椭圆孔的处理方式，基本按网格尺寸划分，注意布置偶数节点就大致符合标准
（3）倒角的处理
倒角半径小于5mm，忽略倒角；
倒角半径在5mm和 8mm之间，用一排单元过渡；
倒角半径大于8mm，用两排或者两排以上的单元过渡。
见解：主要结合网格质量中单元大小划分网格，原则按符合网格质量的情况下划分最多排网格即可。
（4）翻边的处理
保证焊接翻边的初始形状，焊接翻边单元不应有多余的角度产生。
在焊接翻边上至少要划分两排单元。
（5）包边的处理
包边的简化方式如下图所示，包边部分采用一排单元模拟。该层单元厚度为(外板厚度)+ （内板厚度），如外板厚度为0.65mm，内板厚度为0.5mm，则包边的厚度为1.8mm。
见解：此简化方式只适用于整车分析，若对单独包边结构分析此种简化方式过于简化。
（6）焊缝的处理
对于焊缝，可以用刚性单元连接或者用网格柔性的连接，无论用哪种方法，首先要保证在焊缝位置的网格节点对齐。
见解：焊缝位置保证节点对齐且尽量以四边形网格模拟焊缝，若考虑焊缝受力，整车中对焊缝建模时还需结合焊接方式（角焊缝、搭接焊）考虑焊脚、焊趾的高度，同时采用不同模拟方式（单排焊缝、双排焊缝）会有不同的厚度赋予规范。
（7）加强筋的处理
加强筋原则上必须保留，网格画法如下：
见解：加强筋的存在对结构的刚度有显著的影响。
（8）凸台的处理
高度小于5mm的凸台，可以忽略；
高度大于5mm的凸台，上表面保持平面网格，在过渡的区域布置一排或者多排的网格。
见解：一方面结合网格质量尺寸；另外一方面凸台的存在对结构的刚度有显著的影响。
特殊项网格要求
（1）对于约束系统和行人保护，与其相关的塑料件很多，特征比较复杂，要求保留其主要特征，以上规范同样适用，网格尺寸最小≥3mm。
（2）保留内饰件上的加强筋。
见解：其结构特征教复杂，保留结构特征的前提下还需考虑网格规模，综合考虑确定对于此部分网格最小值可不小于3mm，其他标准与非特殊网格保持一致。
四、面向车企CAE工程师能力进阶
为了帮助前车企处理工程师能力进阶，前不久，笔者在仿真秀发布了原创视频课程《基于HyperWorks整车前处理专题50讲》，它是由基础到高级、由简单到复杂逐步提高，结合汽车行业规范和主流仿真软件HyperWorks案例，它与实际项目流程一致。学习后可达到整车实际前处理项目水平， 掌握后对任何复杂产品的前处理均可轻松完成。以下是课程安排
1、您将学到
2、本课适合哪些人学习
理工科院校机械类大学部及研究生 学习型仿真设计工程师 汽车仿真设计工程师 HyperWorks软件用户及学习者
3、讲师介绍
康工：企业CAE部门经理；企业培训讲师；多次为主机厂及上市公司提供企业内训。擅长根据产品性能、分析需求、分析关注点等制定仿真方案。
项目经历：分析内容涉及整车刚强度分析，疲劳分析，NVH分析，碰撞分析，以及新能源电池包分析及相关对标工作。
典型案例：
1、电池包项目，以Hypermesh软件做为电池包建模的前处理器，以Ls-dyna、nastran、ncode软件作为电池包仿真的求解器，建立了整包仿真分析模型，对电池包的刚强度、冲击、跌落、挤压、碰撞、PSD应力、随机振动、定频等进行分析，通过多轮优化分析，结合实验对标，最终满足虚拟仿真需求。
2、整车项目，以Hypermesh和ansa软件做为整车建模的前处理器，以nastran、abaqus作为整车仿真分析求解器，建立整车分析模型，对整车的刚强度、NVH性能进行分析，通过四轮优化分析，最终满足目标值。
