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(xiàng)林*楊鋼鋒*何志堅(jiān) 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(duì)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(dòng)進(jìn)行單元形態(tài)、求解精度檢查;其分析計(jì)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(shí)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(shí)從動(dòng)橋還要承受和傳遞制動(dòng)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(duì)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(diǎn)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(shí),針對(duì)模型受力機(jī)構(gòu)特點(diǎn),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(shí)根據(jù)材料輸入相關(guān)參數(shù)、常數(shù)。

3 實(shí)體建模

在實(shí)體建模時(shí),筆者采用自下而上方法來建模。先建立關(guān)鍵點(diǎn)(KeyPoint),連接關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)對(duì)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(shí)體。

3.1 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)

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(gè)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片1

表2 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)表

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片2

圖1前軸各向點(diǎn)視圖

此過程看似簡單,但要注意的是點(diǎn)的編號(hào)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(shí)間和精力,必要的時(shí)候,可以通過手動(dòng)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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。

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片3

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。

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片4

圖2 前軸線圖

3.3 創(chuàng)建面

實(shí)體模型建立時(shí),面為體的邊界,由線直接連接而成。面的建立可以由點(diǎn)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(hào)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(shí)若有使用超過4條線段去定義平面時(shí),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(huì)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。

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片5

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。

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys workbanch圖片6

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(gè)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(duì)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

汽車前橋結(jié)構(gòu)ANSYS強(qiáng)度分析ansys圖片圖片7

圖4 半前軸鏡像圖

這里可以觀察到與實(shí)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(shí)際不一致,這里就要通過手動(dòng)來修改數(shù)據(jù)來完成,具體步驟是從ANSYS導(dǎo)出整個(gè)模型的關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo),然后利用Excel進(jìn)行修改,把圖4中做記號(hào)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(duì)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。

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