搜索汽車(chē)魔術(shù)：高級(jí)非線性仿真應(yīng)用
2016-12-07 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
公司必須通過(guò)創(chuàng)新保持競(jìng)爭(zhēng)力,因此工程團(tuán)隊(duì)承受著快速設(shè)計(jì)和交付高質(zhì)量零部件的壓力。為贏得成功,汽車(chē)公司必須開(kāi)發(fā)出相關(guān)流程,以盡可能短的時(shí)間完成從繪圖板到裝配線的設(shè)計(jì)。工程仿真是能夠縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的關(guān)鍵要素,它可遠(yuǎn)早于開(kāi)展測(cè)試前在虛擬環(huán)境中預(yù)測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際行為,便于汽車(chē)公司開(kāi)展迭代設(shè)計(jì),以迅速滿足產(chǎn)品要求。采用高保真度、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證功能的分析能讓工程師低成本地判斷各種汽車(chē)應(yīng)用的性能與可靠性。仿真在汽車(chē)行業(yè)有著巨大的潛力。下文只介紹了仿真為汽車(chē)工程師提供的一部分結(jié)構(gòu)功能、應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)。
減振橡膠同時(shí)具備彈性和粘性特征。在用于汽車(chē)部件相接接的地方時(shí),它可阻擋振動(dòng)傳遞。為減振橡膠建模的方法之一是使用ANSYS Mechanical 中的一維非線性彈簧阻尼器COMBIN14 單元。該單元可直接使用彈簧特性和通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)為橡膠的非線性行為建立模型。這種技術(shù)的應(yīng)用方法例子如:懸掛系統(tǒng)下控制臂的強(qiáng)度分析,這里需要在兩個(gè)襯套位置定義非線性彈簧。
但減振橡膠產(chǎn)品性能的詳細(xì)評(píng)估需要對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行分析。這要求正確識(shí)別這種非線性材料的特性,以確保準(zhǔn)確的收斂分析。ANSYS Mechanical提供1 0 多種本構(gòu)超彈性模型(包括Mooney-Rivlin 和Ogden 模型)。這些材料模型中包含的參數(shù)可使用提供的曲線擬合工具根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)確定。為克服可能的收斂問(wèn)題,ANSYSMechanical 中提供一種采用混合u-P 方法(同時(shí)將位移和壓力作為變量處理)的特殊低階四面體單元,在近似不可壓縮性橡膠材料的情況可以使用。使用這種單元有助于求解大型橡膠變形和復(fù)雜接觸條件,使用其它單元類型求解時(shí)可能會(huì)耗時(shí)較多或難度較大。
?定義非線性彈簧特性
?下控制臂襯套安裝仿真
部分減振橡膠產(chǎn)品內(nèi)含流體,能提供流體阻力來(lái)優(yōu)化衰減。這方面的例子如液封發(fā)動(dòng)機(jī)架。此類產(chǎn)品的詳細(xì)分析必須說(shuō)明結(jié)構(gòu)和流體特性。為幫助解決這些問(wèn)題,ANSYS 提供了功能強(qiáng)大的多物理場(chǎng)技術(shù),它將結(jié)構(gòu)求解器(ANSYSMechanical)和流體求解器(ANSYSFluent 或 ANSYS CFX)耦合在一起。該技術(shù)可得到流體— 結(jié)構(gòu)耦合解(雙向流固耦合[FSI] 分析)。
?用于計(jì)算材料模型參數(shù)的曲線擬合窗口
?橡膠襯套的應(yīng)力等值線圖
輪胎與懸掛
輪胎是車(chē)輛與地面接觸的唯一部件,所以輪胎會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)輛的性能,從安全性到?jīng)Q定駕乘舒適性的振動(dòng)/ 噪聲水平。輪胎仿真需要用于復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建模技術(shù)。ANSYS 提供專門(mén)的增強(qiáng)型單元(REINF263-265)為輪胎內(nèi)的許多增強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。
輪胎工作時(shí),內(nèi)部氣壓并不隨時(shí) 間保持恒定,因?yàn)榕c地面接觸會(huì)造成變形。這種因幾何結(jié)構(gòu)變化造成的壓力變 化可通過(guò)定義輪胎的靜液壓流體單元 (HSFLD241-242)進(jìn)行表達(dá)。
雙向FSI 耦合技術(shù)
懸掛能改善駕乘質(zhì)量和轉(zhuǎn)向穩(wěn)定 性。懸掛與輪胎在控制車(chē)輛的動(dòng)態(tài)特性 方面非常重要。懸掛只有在承受整個(gè)車(chē) 輛的重量時(shí)才會(huì)發(fā)揮自己的功能,因此 初始狀態(tài)的特性很重要。對(duì)于這類仿 真,ANSYS Workbench 環(huán)境提供名為線 性攝動(dòng)的分析過(guò)程。要執(zhí)行鋼板彈簧懸 掛的靜態(tài)/ 動(dòng)態(tài)分析,首先應(yīng)將車(chē)輛重量 的分載荷應(yīng)用在懸掛模型上,確定靜載 荷造成的變形(靜分析)。在本例中,這個(gè)階段包含了涉及鋼板彈簧間接觸的非 線性分析和前文所述的輪胎建模。接下來(lái)使用相同的模型開(kāi)展本征值分析(模 態(tài)分析)。這個(gè)階段所需的所有初始條 件,如靜載荷造成的變形和產(chǎn)生的初始 應(yīng)力將通過(guò)Workbench 中的簡(jiǎn)單拖放操 作傳遞給模態(tài)分析。最后進(jìn)行模態(tài)頻率 響應(yīng)分析(諧波響應(yīng))。這時(shí)同樣通過(guò)拖放把頻率響應(yīng)計(jì)算所需的設(shè)置信息從本 征值模態(tài)分析中傳遞到另一個(gè)系統(tǒng)。
隨著仿真具有更高的保真度和包含更多的物理場(chǎng),穩(wěn)定可靠的HPC 結(jié)構(gòu)能夠推動(dòng)求解過(guò)程。
?接地面的變形 (上圖)和壓力等值線圖 (下圖)
?非線性靜態(tài)分析
本征值/ 模態(tài)分析(含初始應(yīng)力)
?頻率響應(yīng)分析(應(yīng)用模式)
?ANSYS Workbench 實(shí)現(xiàn)三種分析的鏈接并在其之間傳遞數(shù)據(jù)
許多卡扣裝配體在非常小的載荷下就會(huì)出現(xiàn)大幅位移。把載荷分割成眾多小步有助于平滑收斂;另外還可以獲取關(guān)鍵夾持點(diǎn)。
ANSYS HPC 將仿真時(shí)間縮短了50%,使該公司能夠在一個(gè)星期時(shí)間內(nèi)完成夾持和開(kāi)鋏過(guò)程的結(jié)構(gòu)仿真。
分析設(shè)置
關(guān)鍵是了解卡扣裝配體需要的最大力;當(dāng)涉及多個(gè)步驟時(shí),各個(gè)步驟需要的力值也很重要。為了更加明確,法雷奧的工程師在反作用力曲線每個(gè)峰值旁邊覆蓋相應(yīng)變形模型。在壓縮過(guò)程中熱塑性材料非常強(qiáng)勁下,拉伸區(qū)域的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程至關(guān)重要。但是,如果在壓縮過(guò)程中出現(xiàn)高應(yīng)力與應(yīng)變,則有可能出現(xiàn)塑性變形。此情況下則根據(jù)材料與卡扣設(shè)計(jì)逐例處理壓縮結(jié)果。
兩個(gè)夾頭被定義為單個(gè)接觸對(duì)
不同摩擦系數(shù)的仿真結(jié)果。這些結(jié)果隨后會(huì)與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
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