整车结构模态刚强度联合仿真的流程与永乐国际

 

2020-08-08 12:13

  有限元法在机械结构模态、强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用,特别是在材料应力 - 应变的线性范围内更是如此。

  主机厂和汽车设计公司通过建立高性能的计算机辅助工程分析系统,其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展 CAE 应用,在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。

  CAE 应用于车身开发上成熟的方面主要有:模态、刚度、强度、NVH 分析、机构运动分析等;而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高,已投入实际使用,完全可以用于定性分析和改进设计。

  前不久,笔者在仿真秀平台原创首发的整车结构模态刚强度联合仿真,它通过使用 Hypermesh 软件作为有限元前处理工具,以 Nastran 软件作为模态、刚度、强度和振动分析仿真工具,以 Femfat 软件作为电池包振动疲劳仿真工具,建立有限元仿真分析模型,最终使用 Hyperview 软件实现对汽车零部件模态、刚度、强度和振动疲劳等工况结果进行查看和评估,课程讲解详细,有助于学者能够快速掌握有限元学习要点。借此机会和大家分享整车结构模态刚强度联合仿真的流程与案例。

  对于结构刚强度仿真,模型中的部件等对系统影响较小可舍弃;对于系统影响较大的零件几何特征可以适当简化,如倒角结构、结构对齐等。简化完成后,检查整个模型是否有干涉和其他问题,如有问题,可用 Hypermesh 软件对其进行修复,如无问题,可利用中面抽取工具对模型进行中面抽取。中面抽取后就要进行几何清理:

  1、 对螺栓孔周边以及倒角等敏感部位单元边长不小于 3mm,3-5mm 之间的单元数量小于单元总量的 3%,实体单元平均尺寸 3mm(2-4mm),用六面体单元。

  整个模型三角形单元数15%,除结构限制外,不允许有两个以上三角形单元相邻;

  3、 R4 以下的安装孔以 4 个节点模拟,R4 以上的至少 6 节点;

  4、 R5 以下倒角忽略,用一层单元表示;宽度大于 8mm,用 2 层以上单元表示;

  5、焊点用 connector 建立,并包含焊接各层的信息,焊接边至少 2 排单元;

  11、粘胶:上、下单元与连接零件节点对齐,用实体单元 adhensive

  经过以上处理,永乐国际可以得到未经连接的有限元模型,此时模型中每一个零部件都是独立存在的,尚未简历连接关系,如下图所示:

  通过分析数模的结构组成及各部件的作用进而决定对部件的保留、简化、和连接关系,在尽可能保证仿真精度的情况下,通过简化减少网格的数量同时提高网格质量,提高计算效率,但是零部件之间的连接关系能够对仿真结果起到很大作用和影响,因此需要准确对模型进行连接设置。下图是连接后的模型。常见的连接包括焊点、胶粘、缝焊和螺栓。

  为了使仿真结果更加合理,有限元模型必须建立科学的边界条件。主要有以下边界条件:约束(单点约束SPC、多点约束 MPC)等、载荷(集中力、均布力、力矩)等。

  以 Nastran 软件作为模态、刚度、强度和振动分析仿真工具,以 Femfat 软件作为电池包振动疲劳仿真工具,建立有限元仿真分析模型,最终使用 Hyperview 软件实现了对汽车零部件模态、刚度、强度和振动疲劳等工况分析结果查看。

  9、动力电池包随机振动分析和动力电池包振动疲劳分析(振动疲劳)(如下图)

  10、前悬架瞬态响应分析和前纵梁屈曲分析(瞬态响应和屈曲分析)(如下图)

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