基于adams和ansys的車架仿真與瞬態(tài)響應分析

基于adams和ansys的車架仿真與瞬態(tài)響應分析

1信息模型的聯(lián)合仿真隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，cae軟件在所有行業(yè)都越來越流行。但是每個CAE軟件都有各自的優(yōu)缺點。為了充分發(fā)揮各自的優(yōu)點,軟件之間都提供許多相互之間能夠讀取和導入其它軟件數(shù)據(jù)的接口,從而實現(xiàn)聯(lián)合仿真。在汽車領域對車架的瞬態(tài)動態(tài)力學分析一般是在有限元軟件中建立懸架,然后在懸架上施加載荷譜來分析,很少涉及輪胎和路面對車架傳力的影響,從而降低了計算精度。所以利用多個軟件進行聯(lián)合仿真來提高仿真精度,顯得尤為重要。2殼單元劃分網(wǎng)格用UG建立車架的三維模型,導入HYPERMESH提取中面并通過適當?shù)奶幚?生成車架的面結構。由于該車架幾乎全部由薄壁方鋼焊接而成,長厚比很小,所以選擇殼單元劃分網(wǎng)格可以提高計算精度,并提高計算速度。采用shell93殼單元劃分網(wǎng)格,單元格邊長取10mm。車架采用鋼是Q235,密度是7850kg/m3,彈性模量為206MPa,泊松比為0.3,屈服極限為235MPa。選定了單元類型,單元大小和材料模型后,劃分網(wǎng)格,車架有限元模型共有93572個單元,有287584個節(jié)點構成。導入ANSYS觀光車車架有限元模型,如圖1所示。3創(chuàng)建關聯(lián)節(jié)點(1)添加新的質(zhì)量單元mass21,并設置此單元的實常數(shù),在對話框中填寫屬性,一般設置為1e-6,設置如此小的質(zhì)量為了減小新的質(zhì)量單元對后續(xù)分析的影響。(2)建立新的關鍵點keypoints,創(chuàng)建的關鍵點作為外聯(lián)點的設置點,同時關鍵點的編號不能與模型單元的節(jié)點重合,否則會引起原來模型的變形。(3)選擇mass21對上一步建立的關鍵點進行網(wǎng)格劃分,建立起interfacenodes,即導入ADAMS軟件中的外聯(lián)點。(4)建立剛性區(qū)域,在ADAMS中作為和外界連接不變形區(qū)域(preprocessor→coupling/ceqn→rigidregion)。導入ADAMS中的外聯(lián)點至少為兩個,所以應剛性區(qū)域應該和外聯(lián)點的個數(shù)相等。(5)提交ANSYS進行模態(tài)中性文件生成(solution→ADAMSconnection→ExporttoADAMS)。4啟動與重構的混合系統(tǒng)4.1u3000車輛后懸架模型的建立車架是在UG中建立并導出Parasolid格式,然后再導入到ADAMS/VIEW中,然后用柔性體代替剛性體車架,其它部件都是以車架為基礎建立。觀光車前懸架采用的是麥弗遜式獨立懸架,后懸架采用的是單縱臂獨立懸架。前懸架主要部件包括:減振器、螺旋彈簧、轉向主軸、擺臂、轉向橫拉桿和襯套等。后懸架主要部件包括:縱臂、螺旋彈簧和減振器。主要涉及整車的直線行駛工況,所以進行了一定的簡化,沒有建立齒輪齒條轉向機構和方向盤傳動裝置,同時直接把轉向直拉桿固定在車架上,以保證汽車的直線行駛。FTire作為MSC官方推薦的輪胎模型用于車輛所有類型的平順性、耐久性分析以及操縱性仿真?？紤]到觀光車在路況較好的路面上行駛,所以選取路面等級為D級的2D隨機路面模型。所建立的剛柔耦合模型,如圖2所示。4.2車架前進方向的速度仿真給整車模型的兩個前輪施加1580d*time的轉速即,由于整車從起步到加速到30km/h需要一定的時間,所以我們可以從車架前進方向的速度可以得到整車運行到30km/h需要的時間,如圖3所示。從圖3可以看出車速沿前進方向達到30km/h速度所需要的時間大約是2Os,而整個仿真過程為50s,所以應該取20s到50s之間的各種信號,這樣仿真結果接近實際情況。同時得出車架柔性體上的應力最大的前十三個熱點,如表1所示。4.3控制器輸出仿真在ADAMS軟件中仿真結束,點擊file→export→FEA.loads,設置輸出結果為ANSYS,添加車架與懸架連接點,并設置輸出仿真時間段為(20~50)s,點擊OK。(注意導出的文件沒有后綴名,要為導出生成的文件添加.log后綴名)。導出車架與懸架連接處各點的載荷譜(10個點),其中左側后懸架擺臂力和力矩隨時間的載荷譜,如圖4、圖5所示。5應仔細分析汽車的瞬態(tài)噪聲5.1結構矩陣。[a]2瞬態(tài)動力學求解的運動方程如下:式中:[M]—結構的質(zhì)量矩陣;[C]—結構的阻尼矩陣;[K]—結構的剛度矩陣;[X]—節(jié)點位移列陣;{F(t)}—載荷向量,可以隨時間任意變化。5.2adams仿真結果具體步驟為:進入ANSYS界面,打開前面導出中性文件的有限元模型,點擊ANSYS主菜單中的Solution→ImportfromADAMS,選擇上一步導出的.log文件,就可以導入ADAMS仿真過程中的載荷步(ANSYS和ADAMS中的單位要一致)。在ANSYS讀取仿真結果,選取ADAMS仿真中得出的十三個熱點(應力最大的點)作為考察的主要點,其中點29689總位移隨時間變化的曲線,如圖6所示。橫坐標為時間(單位s),縱坐標為位移(單位m)。從圖6中可以看出,應力最大點29689的在整個仿真過程中的動載荷最大位移為25.5mm,平穩(wěn)時的位移為12.5mm,超出了車架變形量的要求。通過ADAMS仿真得出的共有13個熱點(應力最大點)隨時間的位移值,發(fā)現(xiàn)位移變形最大的點中有幾點位于車架靜態(tài)分析應力比較大是區(qū)域,這說明這些區(qū)域為最容易發(fā)生斷裂或是疲勞破壞的區(qū)域。特別是頂棚后立柱與車架連接處的應力和位移都比較大,而實際生產(chǎn)中此處在結構上設置加強筋,證明分析是可信的。6工作場所疲勞分析6.1材料的s—瞬態(tài)分析基本理論材料的疲勞性能可以用作用應力S與到破壞時的壽命N之間的關系描述。表示這種外加應力水平和標準試件疲勞壽命之間關系的曲線,稱為材料的S—N曲線。材料的S—N曲線給出了光滑材料在恒幅對稱循環(huán)應力作用下的裂紋壽命。用一組標準試件(通常為(7~10)件),在給定的應力比R下,施加不同的應力幅Sa,進行疲勞試驗,記錄相應的壽命N,即可得到S—N曲線,如圖7所示。6.2道路系統(tǒng)疲勞壽命分析載荷的獲得可以通過實測和仿真分析兩種方法來獲得。實測法是利用實車輛在道路上行駛從而測得道路載荷-時間歷程,仿真分析法是通過虛擬仿真通過多體動力學軟件進行道路和車輛系統(tǒng)的模擬仿真,獲得載荷—時間歷程。在疲勞壽命分析中,需要靜態(tài)載荷分析結果和載荷譜等參數(shù)。文中所采用的載荷是通過ANSYS瞬態(tài)響應分析中得到的結果文件(.rst文件),因為在30s的瞬態(tài)響應分析中,劃分為121個子步,結果文件中就包含121個子步的靜態(tài)分析結果,這樣就避免了計算靜態(tài)載荷分析和載荷譜的加載。6.3車架對數(shù)疲勞分析采用fe-safe疲勞分析軟件,直接導入ANSYS結果文件,車架的材料為Q235,設置好相關參數(shù),提交計算,通過ANSYS后處理讀取fe-safe計算結果,得出車架對數(shù)疲勞損傷云圖,如圖8所示。車架對數(shù)疲勞損傷云圖局部放大圖,如圖9、圖10所示。從疲勞分析的仿真結果可以看出,車架最低壽命處也發(fā)生在頂棚后立柱與車架的連接處,此處所能行駛的里程數(shù)為(1/120)×30×104.953=24040km小于車架設計要求,再次驗證了在此處設置加強筋是必要的。而車架的其它部位的壽命都符合車架設計的要求。7懸架的等效性及其疲勞壽命分析以某廠觀光車車架為研究對象,把UG數(shù)模導入HYPERM-ESH進行了網(wǎng)格劃分,在ANSYS中進行了自由模態(tài)分析,并詳細闡述了導出ADAMS所使用中性文件(MNF文件)的步驟。考慮到路面、輪胎和懸架對車架受力的影響,同時兼顧車架變形對整車運動的影響導致車架受力的變化,在ADAMS中建立以車架為柔性體(導入MNF文件)的剛柔耦合模型,并在D級隨機路面上進行仿真,確定了車架柔性體上應力最大的一些熱點,得出頂棚后支柱與車架連接處設置加強筋是合理的,同時導出與懸架與車架連接處的載荷譜。利用ANSYS與ADAMS軟件之間強大接口把載荷譜導入ANSYS并采用慣性釋放法對車架進行瞬