大学生方程式赛车车架:有限元仿真分析的实战案例

一、 前期设计建模及处理



前期使用Catia进行线框图建模,在满足规则和装配条件的情况下对车架进行设计。

TIM截图20181030163822.bmp



将车架的线框图导入到UGNX,使用管道命令先将线框图转化为有外径和壁厚的钢管图,再对钢管图用修剪命令进行坡口处理。

TIM截图20181030164527.bmp

将修建好的UG零件图导出到中间格式,进行下一步的处理。

二、 前处理

将中间格式模型导入到Hpyerworks中。

对模型抽取中面。

检查自由边,使用Geom /surface edit对中面进行修剪处理,防止中面与中面之间干涉影响结果。

设置材料(Materials)和属性(Properties)。

因为使用的是4130合金钢(30CrMo),所以材料名称(mat name)命名为30CrMo,类型(type)选择各向同性,卡片信息(card image)选择MAT1就ok了。进入创建和编辑模式(create/edit),单击“E”,“NU”,“RHO”,激活杨氏模量、泊松比和密度,输入30CrMo的各项数据(可以从大赛组委会发布的“500种材料属性表”中找到)完成钢管的材料设置。进入属性设置(Properties),属性名称根据具体钢管的外径和壁厚来命名,方便查看。类型选择2D,卡片信息选择PSHELL,材料属性选择之前建立的“30CrMo”,进入编辑模式,激活T,输入对应钢管壁厚,完成钢管材料属性的全部设置。

用同样的方法对车架吊耳进行材料属性的设置。

对于焊接材料而言,在材料的属性设置(Properties)中,类型选择3D,卡片信息选择PSOLID,材料选择30CrMo,就完成了焊接材料全部的属性设置。

三、 划分网格

选用2D壳单元,在满足精度要求的情况下可以大幅节省时间和电脑的运算资源。

对每一根钢管创建对应的部件(Components),选中对应钢管的中面进行自动网格划分,将网格加入到对应的钢管部件中,方便单独修改等一系列操作。

网格自动画分完毕之后对不合格网格进行修改,到所有网格合格为止。

使用焊接命令对每一个坡口进行焊接命令的操作。

四、 加载边界条件

由于组委会要求提交的设计参数表里只要求计算车架的扭转刚度,所以第一版仿真分析只考虑扭转刚度。

将悬架线框图导入到Hyperworks中,将悬架硬点和硬点对应吊耳用RBE2刚性连接。

计算前轴扭转刚度时,在前悬架左边(车手左手方向)上A臂处添加一个向下的1000N的力,前悬架右边(车手右手方向)上A臂处添加一个向上的1000N的力,并对后悬架的6个自由度全部约束住。将对应工况添加到对应的loadsteps中,就可以跑分析了!

五、 后处理

分析结束后,打开对应结果文件,选择对应工况可以看到对应工况下车架的应力云图、最大应力、位移云图和最大位移等结果。

后轴扭转.png

后轴扭转

后轴扭转应力云图.png

后轴扭转应力云图

前轴扭转.png

前轴扭转

前轴扭转应力云图.png

前轴扭转位移云图

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