HyperWorks有限元軟件在汽車(chē)天窗頂蓋的剛度分析與應(yīng)用
1、背景
汽車(chē)頂蓋開(kāi)天窗后,局部剛度會(huì)降低,當(dāng)剛度不足時(shí),在高速行駛,會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)及噪音,影響汽車(chē)的使用性能,嚴(yán)重的情況下天窗會(huì)掉下。汽車(chē)頂蓋的局部抗凹性能是反映頂蓋剛度性能的重要特性,因此其抗凹性能分析越來(lái)越受到設(shè)計(jì)部門(mén)的重視。
HyperMesh是一個(gè)高性能的有限元前、后處理器,擁有全面的CAD和CAE求解器接口、強(qiáng)大的幾何清理和網(wǎng)格劃分功能,能夠高效地建立各種復(fù)雜模型的有限元和有限差分模型。汽車(chē)外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性,有限元科技小編應(yīng)用HyperMesh前后處理軟件,分析某車(chē)帶天窗頂蓋的剛度??紤]了材料、幾何及邊界的復(fù)雜非線性,模擬天窗的夾緊,對(duì)某車(chē)型開(kāi)天窗后的頂蓋的抗凹性能進(jìn)行了模擬分析。通過(guò)對(duì)頂蓋的抗凹性分析及評(píng)價(jià),為設(shè)計(jì)工程師提供了重要的參考價(jià)值。
深圳市有限元科技有限公司是HyperMesh軟件的一級(jí)代理商,并代理國(guó)外其他多款cae軟件,有限元科技是以工程仿真軟件開(kāi)發(fā)為核心,集cae咨詢、cae培訓(xùn)、cae軟件研發(fā)與銷(xiāo)售為一體的高科技企業(yè)。公司秉承以最高質(zhì)量的產(chǎn)品和最高質(zhì)量的服務(wù)滿足客戶的各種需求的服務(wù)理念,致力于為客戶提供一站式cae整體解決方案,目前已為全國(guó)超過(guò)500家企業(yè)提供cae分析服務(wù)。如需購(gòu)買(mǎi)軟件或咨詢服務(wù)等請(qǐng)聯(lián)系在線客服,QQ:2039363860或4006046636。
2、分析模型
2.1有限元模型的截取
頂蓋的有限元模型截取自白車(chē)身。在模型截取過(guò)程中既要使截取后的頂蓋模型計(jì)算后與實(shí)物保持一致,又要使有限元模型盡量簡(jiǎn)單。鑒于以上考慮,將白車(chē)身及頂蓋總成的CATIA模型導(dǎo)入HyperMesh,并進(jìn)行幾何清理tyrp.net,在HperMesh軟件中截取白車(chē)身的有限元模型,模型網(wǎng)格的基本尺寸采用5mm×5mm建模,共有154640個(gè)單元。最后的模型如下圖1所示。
2.2材料與屬性
本次分析涉及7種材料,由于要考慮頂蓋的塑性變形,除了給出材料的彈性模量和泊松比外還給出了材料發(fā)生塑性變形后的塑性應(yīng)變和應(yīng)力的曲線。
3、邊界條件
頂蓋的抗凹剛度性能分析要考慮幾何非線性、材料非線性及接觸非線性。在分析中,采用解析剛體模擬剛性壓頭,在薄弱區(qū)域建立剛性面與頂蓋之間接觸關(guān)系。120N載荷施加在剛性面上,載荷方向沿著考察點(diǎn)曲面的法向。天窗用剛性體模擬,天窗的質(zhì)量以集中質(zhì)量加在天窗的質(zhì)心處。約束A/B/C柱截面的DOF123,邊界條件如圖2所示。
分析分為兩個(gè)載荷步:
第一步:天窗自重下,頂蓋的變形;
第二步:施加位移載荷,在選取分析考察點(diǎn)建立垂直于外板的局部坐標(biāo)系,在剛性面參考點(diǎn)沿局部坐標(biāo)系Z軸施加120N載荷。
4、計(jì)算結(jié)果及分析
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量頂蓋剛度最弱的區(qū)域作為抗凹點(diǎn)的分析位置,具體選擇在下圖所示天窗右下角,與天窗邊緣的距離為50mm 處,從HyperView后處理軟件查看計(jì)算結(jié)果,得到在天窗自重下及120N載荷下的變形如下圖3/4所示。計(jì)算、分析值與實(shí)驗(yàn)值比較接近。
此時(shí)開(kāi)天窗后的頂蓋的抗凹性較弱,變形較大,不能接受,需要進(jìn)行局部加強(qiáng)優(yōu)化。
5、結(jié)構(gòu)改進(jìn)
為了解決現(xiàn)有車(chē)型頂蓋剛度tyrp.net不足問(wèn)題,在不增加零件模具的情況下,通過(guò)在天窗附近區(qū)域粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片,來(lái)加強(qiáng)頂蓋的剛度。工程上提出了3種粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片的方案:
方案一:在天窗四周貼加強(qiáng)片,如圖5所示;
方案二:在天窗四周部分區(qū)域貼加強(qiáng)片,如圖6所示;
方案三:在天窗后部一個(gè)區(qū)域貼加強(qiáng)片,如圖7所示;
分析結(jié)果如下圖所示:
從上面的分析結(jié)果可知,方案1與方案3對(duì)安裝天窗后的頂蓋剛度不足問(wèn)題有了很大的改善,方案3的改善效果與方案1相差不大,且方案3所貼的加強(qiáng)片較少,成本降低達(dá)2/3。綜合考慮可知方案3最優(yōu)。
6、總結(jié)
本文利用HyperMesh強(qiáng)大的畫(huà)網(wǎng)格功能及HyperView強(qiáng)大的后處理功能,很方便進(jìn)行建模與后處理結(jié)果提取分析。對(duì)某車(chē)型開(kāi)天窗后的頂蓋進(jìn)行了抗凹性分析,分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)較一致。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)頂蓋的整體剛度性能做了評(píng)價(jià),并提出了優(yōu)化方案,經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)證明優(yōu)化改進(jìn)后的頂蓋剛度性能得到了明顯的改善。
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