基于ansys-workbench的油田車四種后懸架支架強度的分析畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 通過設置特征參數關系式來保持特征的位置，體現其參數化的特點。如圖19所示，在沒有使用關系式改變陣列數量時孔位置保持不變，使用關系式改變孔的數量后孔始終保持均勻分布。4）．單一的數據庫，全相關性Pro/ENGINEER創建的三維模型可隨時產生二維工程圖，而且自動標注尺寸。它們之間具有雙向關聯的特征，采用單一的數據管理。不論在3D或2D圖形上做尺寸修改時，其相關的2D圖形或3D實體模型均自動修改，同時裝配、制造等相關設計也會自動修改，可確保資料的正確性，并避免反復修正的耗時性，確保工程數據的完整與設計修改的高效。如圖110所示，通過修改零件的橫軸，裝配零件自動更新。5）．系列化Pro/ENGINEER能夠依據創建的原始模型，通過家族表改變模型組成對象的數量或尺寸參數，建立系列化的模型，應用此系列化特點可以建立國家標準零件。 .四種支架模型的建立建模基本思想：利用從下至上的思想建立模型。：前支架模型后支架模型滑塊式支架模型中間支架模型 本章小結本章簡單介紹了有限元法的基本理論和四種后懸架支架的有限元法的基本思想并對這四種支架的三維實體建模的圖形作了簡單的描述，也對建立模型的軟件有所介紹，為后文建立精確的有限元模型及模型網格劃分做好鋪墊。3 四種后懸架支架的原方案的強度分析 ANSYS軟件簡介ANSYS軟件是融結構、流體、電場、聲場分析于一體的大型通用有限元分軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發，它能與多數CAD軟件接口，實現數據共享和交換，如Pro/E，UG，CATIA等，是現代產品設計中的高級CAE工具之一。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁學分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如PC,SGI,HP,SUN, DEC, IBM,CRAY等。ANSYS軟件是第一個通過ISO9001質量認證的大型分析設計類軟件，是美國機械工程師協會（ASME）、美國核安全局（NQA）及近二十種專業技術協會認證的標準分析軟件。在國內第一個通過了中國壓力容器標準化技術委員會認證并在國務院十七個部委推廣使用。多種物理場間的耦合使計算機虛擬樣機得以實現，能夠在產品制作之前通過仿真得到其工作性能及各種指標，及早發現設計缺陷，實現優化設計。從而可部分甚至全部取代耗時，昂貴的物理樣機，實現降低產品研發周期，生產成本的目的[13]。 本課題主要研究ANSYSWORKBENCH的應用。WORKBENCH是ANSYS軟件的其中一個模塊，在WORKBENCH中可以進行設計和分析。其特點是：1）ANSYS WORKBENCH與CAD系統的實體及曲面模型具有雙向連結，其導入CAD幾何模型成功率較高。 2）WORKBENCH具有功能強大與易于使用的特點，它的界面非常直觀。 3）WORKBENCH只是ANSYS的前臺界面。如點擊“Solve”，它會編寫一個進行模型分析的APDL輸入文件，以批處理的方式發送到ANSYS中進行運算。 導入后懸架支架的有限元模型將第二章所述的，在PRO/ENGINEER中建立的支架模型文件名*.prt另存為*.igs文件名，然后在ANSYSWORKBENCH中選擇GeometryFrom file ，將支架幾何模型轉換為便于分析的有限元模型。 前支架有限元模型圖目前，常用的產品數據交換標準有：初始圖形轉換規范（IGES）、產品模型數據交換標準（STEP）、DXF以及STL等。下面將著重介紹一下初始圖形轉換規范（IGES）。IGES的功用：IGES可對實體、修建曲面、曲面、線框、文字、視圖、圖紙及層、顏色、屏蔽狀態、批處理、命令行處理、跟蹤和調試記錄等進行數據交換。它的主要應用范圍包括：① 在傳遞幾何數據的基礎上產生加工圖樣；② 應用傳遞的幾何數據實現運動模擬和動態實驗；③ 把已有的零部件數據整理成圖形文件；④ 實現CAD和NC系統的連接；⑤ 實現CAD與有限元分析（FEM）系統的連接等。實體是IGES的基本信息單位。IGES文件格式的定義遵循兩條原則：①IGES的定義應能改變復雜的數據結構及其關系；②IGES文件格式要便于各種CAD/CAM系統的處理[14]。注：*.iges文件和*.igs文一樣。 設置單元屬性及材料類型1）定義單元類型ANSYS單元庫提供了100種以上的單元類型，從普通的線單元、面單元、體單元到特殊的接觸單元、間隙單元和表面效應單元等等。要根據計算精度、生成網格、模擬邊界條件等多方面進行恰當的選擇。對支架實體模型選擇SOLID186，SOLID187高階單元。SOLID186單元為20節點六面體單元，每個節點有三個自由度：X、Y、Z 方向的位移。SOLID186單元與其它六面體單元相比，更適合于精度要求較高、邊界為曲線時的模型。 所示。 SOLID186 單元圖SOLID187單元為10節點四面體單元，每個節點有三個自由度：X、Y、Z 方向的位移。SOLID187單元與其它四面體單元相比，也更適合于精度要求較高、邊界為曲線時的模型。 所示。 SOLID187 單元圖2）定義材料屬性任何結構對象都是由不同材料構成的，不同的材料具有不同的力學、傳熱學、電磁和流體行為特性，這些特性就是材料屬性特性。本文模型四種后懸架支架的原材料是QT400。 QT400材料屬性材料名稱彈性模量EX()泊松比（）QT400400 網格劃分網格劃分是有限元分析中最重要的一部分，網格劃分的好壞將直接影響受力分析的準確性，因為在有限元模型中。力的傳遞是考節點和單元來傳遞的。在WORKBENCH中可以自動生成網格，但對于后懸架支架這樣形狀較復雜的體進行網格劃分，如果選用自動網格進行自由劃分，綜合考慮到計算機的綜合性能和計算時間等經濟性因素，結果的準確度將不高。所以需要人為的設定網格劃分類型。，選用Body Sizing和Hex Dominant Method，Body Sizing兩種劃分類型來劃分類型，其中前者所用的網格單元類型是SOLID187，后者的單元類型主要是SOLID186，還伴隨有SOLID187單元。 確定模型的邊界條件有限元分析的主要目的是對實體進行力學分析，所以加載也十分重要，將直接影響著應力和變形圖。作用在后懸架支架上的載荷比較復雜，它承受著巨大的載荷和周期性變應力，這些載荷沿邊界的分布規律往往也比較復雜，而且難于用理論或測量的方法確定。在支架的有限元分析中，必須知道沿邊界的力的大小和分布規律，這時通常采取一些假定的分布規律來模擬邊界力的分布。載荷的分布規律對支架的計算結果有較大的影響，正確地模擬這些載荷的分布規律是有限元計算中的一個重要環節。在實際計算中，我們將模擬支架的危險工況來進行試算，來分析其受力情況。 四種支架不同工況的受力情況工況1（側向力朝車架內側時最大載荷工況 單位：N）工況2（側向力朝車架外側時最大載荷工況 單位：N）FxFyFzFxFyFz前支架290001940021600290001940021600后支架7000194002160070001940021600滑塊式支架15500中間支架15500前處理結束后，對支架有限元模型進行檢查，確認邊界條件精確定義后，ANSYS WORKBENCH就可以對支架進行有限元計算了，可以得到支架在不同工況下的應力等值線圖及位移場等值線圖。再根據其最大應力值的發生處進行定性分析和后處理。 四中后懸架支架的工況簡介前、后滑塊式支架與車架相連，主要與副簧發生作用。當汽車空載或實際裝載質量不大時，副簧不承受載荷而由主簧單獨工作，此時也只有前、后支架起作用。在重載和滿載情況下，車架相對車橋下移，使車架上的副簧滑塊式支架和中間支架與副簧接觸，即主、副簧共同參加工作，一起承受載荷而使懸架剛度增加，以保證車身振動頻率不致因載荷增大而變化過大[2]。 前支架的工況簡介前支架主要連接著車架和鋼板彈簧主簧的卷耳。與車架連接處靠螺栓連接，在WORKBENCH中在螺栓孔處添加Fixed Support固定約束；與卷耳連接處靠大銷連接，其中一端還有一定位銷。對于工況1，前支架與卷耳相連的定位銷端內側受到沿Y軸方向的19400N的力，在與大銷接觸的兩個圓面上施加沿X軸29000N和Z軸方向的21600N的遠端載荷Remote Force，作用點在卷耳的中心線上，且在卷耳寬度的正中間。對于工況2，只需將沿Y軸方向上的力改到與卷耳相連的另一端的內側面上，方向沿Y軸負方向。 前支架工況1的受力圖