搜索汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析
2013-06-10 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 黃偉*項林*楊鋼鋒*何志堅 來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: ANSYS建模 有限元模型 汽車前橋
以某型汽車的前橋結(jié)構(gòu)為例,給出了在ANSYS中建立汽車前橋強(qiáng)度結(jié)構(gòu)模型的過程。首先通過對前橋的結(jié)構(gòu)分析,采用自下而上的建摸方法。結(jié)合ANSYS命令模式建立了前橋的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的“殼”模型。
有限元分析軟件ANSYS廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。其前處理模塊可方便地實現(xiàn)實體建模、參數(shù)化建模,支持各種可控制的有限元離散化,并可自動進(jìn)行單元形態(tài)、求解精度檢查;其分析計算模塊可進(jìn)行線性、非線性、斷裂力學(xué)、壽命疲勞分析及多物理場耦合分析等等。因此,ANSYS用于前橋強(qiáng)度結(jié)構(gòu)分析具有較強(qiáng)的適用性。下面就以某型汽車前橋結(jié)構(gòu)為例,介紹在ANSYS中利用實體模型方法建模的全過程。
1 結(jié)構(gòu)分析
前橋作為汽車的重要承載部件,通過懸架與車架(或承載式車身)相連,用以在車架(或承載式車身)與車輪之問傳遞鉛垂力、縱向力和橫向力。同時從動橋還要承受和傳遞制動力矩。本文分析的是斷開式車橋結(jié)構(gòu),是由前軸、車架固定腳和引擎固定腳焊接而成,前軸主要承擔(dān)汽車引起的大部分彎矩和剪力,為前橋結(jié)構(gòu)的主要承力件,車架固定腳用來與車架固定并承受來自車架和車身的重力,并以壓力形式施加到前軸上,引擎固定腳是用來固定引擎并承載引擎及其附件的重力,并以壓力形式施加到前軸上,對前軸產(chǎn)生剪切作用。
2 單元屬性選取
根據(jù)前橋機(jī)構(gòu)特點可以采用殼單元模型來承載彎曲引起的拉、壓軸力及彎曲和扭轉(zhuǎn)引起的剪力。建立模型時,針對模型受力機(jī)構(gòu)特點,可以選殼單元SHELLl63來承載彎曲引起的拉、壓力及彎曲和扭轉(zhuǎn)引起的剪力。同時根據(jù)材料輸入相關(guān)參數(shù)、常數(shù)。
3 實體建模
在實體建模時,筆者采用自下而上方法來建模。先建立關(guān)鍵點(KeyPoint),連接關(guān)鍵點成線(Line),最后生成體(Volumes),即前橋的SheU63彈性殼模型。而前橋又是個對稱模型結(jié)構(gòu),可以通過先建立一半的模型,然后用鏡像復(fù)制來完成另一半的前橋模型實體。
3.1 創(chuàng)建關(guān)鍵點
通過在CAD中完成平面繪圖后,使用Inquiry菜單,單擊選擇模型需要的各個點以獲取坐標(biāo)值,并做成如表1。把表中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到EXCEL中,再根據(jù)ANSYS中創(chuàng)建關(guān)鍵點的命令“K”(K命令:K,NPT,X,Y,Z)添加其余的數(shù)據(jù)列,做成如表2。
表1關(guān)鍵點坐標(biāo)
表2 創(chuàng)建關(guān)鍵點坐標(biāo)表
圖1前軸各向點視圖
此過程看似簡單,但要注意的是點的編號順序,以便后面步驟創(chuàng)建線和面做好準(zhǔn)備。
3.2 創(chuàng)建線
創(chuàng)建線同樣采用創(chuàng)建線的命令“L”來批量完成,這樣可以節(jié)省很多的時間和精力,必要的時候,可以通過手動來連線。
創(chuàng)建線的命令解釋如下:
L,P1,P2,NDIV,SPACE,XVI,YVI,ZVl,XV2,YV2,ZV2
即通過兩個關(guān)鍵點創(chuàng)建一條線,但所創(chuàng)建的線的形狀與激活的坐標(biāo)系有關(guān),可以為曲線,也可以為直線。這里只采用Global Cartesian坐標(biāo),所以創(chuàng)建的都是直線段。
在Excel表中輸入如表3所示的內(nèi)容。
表3創(chuàng)建線命令表
復(fù)制以上命令到ANSYS Command Prompt窗口中,按ENTER執(zhí)行命令,可以在GraphicsWindow窗121中觀察生成的線,如圖2所示,至此就完成了線的創(chuàng)建。
圖2 前軸線圖
3.3 創(chuàng)建面
實體模型建立時,面為體的邊界,由線直接連接而成。面的建立可以由點直接相接或線段圍接而成,并構(gòu)成不同邊數(shù)的面,也可以直接構(gòu)體而產(chǎn)生面。本文在前步的基礎(chǔ)上,因此采用由線生成面的方式來創(chuàng)建面。
由線生成面的命令:
AL,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10
此命令由已知的一組線段圍繞而成面,至少需要3條線段才能形成平面,線段的號碼沒有嚴(yán)格的順序限制.只要他們能完成封閉的面即可。同時若有使用超過4條線段去定義平面時,所有的線段必須在同一平面上,以右手定則來決定面的法線方向。
我們知道面的法線方向要一致就要按照右手定則來繪制平面,如果法線方向不一致,那么將會影響模擬加載的結(jié)果。當(dāng)然,我們可以通過菜單操作:
Main menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>ReveiseNormal>of Areas來更改面任意面的法向,來彌補(bǔ)這一缺陷。
在Excel中輸入如表4所示的內(nèi)容。
表4 創(chuàng)建面命令表
復(fù)制以上命令到ANSYS Command Pmmpt窗口中,按ENTER執(zhí)行命令,可以在Craphica Window窗口中觀察生成的面,如圖3所示,至此就完成了面的創(chuàng)建。
圖3 半前軸面圖
3.4 創(chuàng)建鏡像
到上一步為止,基本上完成了半個模型,下面只需要使用鏡像命令讓生成的模型關(guān)于X一平面對稱就可以了鏡像菜單操作:
Main menu>Preprocessor>Modeling>Reffect
通過鏡像生成如圖4所示
圖4 半前軸鏡像圖
這里可以觀察到與實物還是不同的地方一一那就是圖8所示右邊引擎固定腳的方向與實際不一致,這里就要通過手動來修改數(shù)據(jù)來完成,具體步驟是從ANSYS導(dǎo)出整個模型的關(guān)鍵點的坐標(biāo),然后利用Excel進(jìn)行修改,把圖4中做記號的引擎固定腳部分的坐標(biāo)值改為與左邊的引擎固定腳坐標(biāo)值關(guān)于Z軸對稱即可,這樣再采用前面相應(yīng)的三步驟就能得到前橋基本模型,如圖5所示。
圖5 前軸圖
3.5 布爾運算
在完成以上的步驟之后,所得到的前橋模型只是個由獨立的面組合而成的體,面與面之間沒有連接關(guān)系。因此,要通過布爾運算把它們粘結(jié)為體。
萊單命令:
Main menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Aress
彈出如圖6菜單:
圖6 6ULE菜單
選擇Pick All就可以實現(xiàn)對所有面的粘貼,把相鄰的兩個面連接在一起,并形成體,整個模型就建好了。
圖7 錯誤警告
在這個過程要注意,所粘貼的不全是平面,其中還有曲面,圖5前軸圖因而在粘貼過程中會有錯誤提示,如圖7所示。說明面與面的粘貼失敗。遇到這種情況,筆者建議采取以下的修正措施:
①嘗試改變操作的順序或者在作布爾運算時,不要對全部的模型同時進(jìn)行,而是一塊一塊分開做,最后再整體做一次,既便于找錯,又便于發(fā)現(xiàn)問題。
②修改布爾運算公差:BTOL,PTOL(PTOL新的公差值,缺省le-5);
③避免生成包含退化的幾何圖元;
④避免在相切的幾何圖元間執(zhí)行布爾計算;
⑤減少操作的圖元等等。
4 結(jié)論
通過分析前橋的結(jié)構(gòu),采用自下而上的實體建模方法,并結(jié)合命令批量導(dǎo)人數(shù)據(jù),方便快捷地完成了實體模型的建立,為后續(xù)的網(wǎng)格劃分和應(yīng)力加載奠定了基礎(chǔ)。
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