搜索汽車前橋結構ANSYS強度分析
2013-06-10 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 黃偉*項林*楊鋼鋒*何志堅 來源: 萬方數據
關鍵字: ANSYS建模 有限元模型 汽車前橋
以某型汽車的前橋結構為例,給出了在ANSYS中建立汽車前橋強度結構模型的過程。首先通過對前橋的結構分析,采用自下而上的建摸方法。結合ANSYS命令模式建立了前橋的強度結構的“殼”模型。
有限元分析軟件ANSYS廣泛應用于各領域。其前處理模塊可方便地實現實體建模、參數化建模,支持各種可控制的有限元離散化,并可自動進行單元形態、求解精度檢查;其分析計算模塊可進行線性、非線性、斷裂力學、壽命疲勞分析及多物理場耦合分析等等。因此,ANSYS用于前橋強度結構分析具有較強的適用性。下面就以某型汽車前橋結構為例,介紹在ANSYS中利用實體模型方法建模的全過程。
1 結構分析
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構,是由前軸、車架固定腳和引擎固定腳焊接而成,前軸主要承擔汽車引起的大部分彎矩和剪力,為前橋結構的主要承力件,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,對前軸產生剪切作用。
2 單元屬性選取
根據前橋機構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引起的剪力。建立模型時,針對模型受力機構特點,可以選殼單元SHELLl63來承載彎曲引起的拉、壓力及彎曲和扭轉引起的剪力。同時根據材料輸入相關參數、常數。
3 實體建模
在實體建模時,筆者采用自下而上方法來建模。先建立關鍵點(KeyPoint),連接關鍵點成線(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構,可以通過先建立一半的模型,然后用鏡像復制來完成另一半的前橋模型實體。
3.1 創建關鍵點
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值,并做成如表1。把表中的數據轉化到EXCEL中,再根據ANSYS中創建關鍵點的命令“K”(K命令:K,NPT,X,Y,Z)添加其余的數據列,做成如表2。
表1關鍵點坐標
表2 創建關鍵點坐標表
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,以便后面步驟創建線和面做好準備。
3.2 創建線
創建線同樣采用創建線的命令“L”來批量完成,這樣可以節省很多的時間和精力,必要的時候,可以通過手動來連線。
創建線的命令解釋如下:
L,P1,P2,NDIV,SPACE,XVI,YVI,ZVl,XV2,YV2,ZV2
即通過兩個關鍵點創建一條線,但所創建的線的形狀與激活的坐標系有關,可以為曲線,也可以為直線。這里只采用Global Cartesian坐標,所以創建的都是直線段。
在Excel表中輸入如表3所示的內容。
表3創建線命令表
復制以上命令到ANSYS Command Prompt窗口中,按ENTER執行命令,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建。
圖2 前軸線圖
3.3 創建面
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,并構成不同邊數的面,也可以直接構體而產生面。本文在前步的基礎上,因此采用由線生成面的方式來創建面。
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果。當然,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,來彌補這一缺陷。
在Excel中輸入如表4所示的內容。
表4 創建面命令表
復制以上命令到ANSYS Command Pmmpt窗口中,按ENTER執行命令,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建。
圖3 半前軸面圖
3.4 創建鏡像
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據來完成,具體步驟是從ANSYS導出整個模型的關鍵點的坐標,然后利用Excel進行修改,把圖4中做記號的引擎固定腳部分的坐標值改為與左邊的引擎固定腳坐標值關于Z軸對稱即可,這樣再采用前面相應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系。因此,要通過布爾運算把它們粘結為體。
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,又便于發現問題。
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行布爾計算;
⑤減少操作的圖元等等。
4 結論
通過分析前橋的結構,采用自下而上的實體建模方法,并結合命令批量導人數據,方便快捷地完成了實體模型的建立,為后續的網格劃分和應力加載奠定了基礎。
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