汽車車門有限元分析設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告( 論文)報(bào)告(論文) 題目： 汽車車門有限元分析 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 作者所在班級作 者 姓 名 ：作 者 學(xué) 號 ：指導(dǎo)教師姓名完 成 時 間 ：I摘 要有限元分析伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而走入人們的視野，有限元分析主要利用了近似模擬實(shí)際的數(shù)學(xué)方法對一個復(fù)雜的物理系統(tǒng)中微小的子集進(jìn)行模擬，用有限數(shù)量的未知數(shù)去無限得貼近無限未知數(shù)的真實(shí)系統(tǒng)。根據(jù)以上原理，本文針對車門下垂剛度以及模態(tài)問題，先對汽車車門進(jìn)行三維建模，后續(xù)導(dǎo)入hypermesh 軟件，利用有限元技術(shù)劃分網(wǎng)格，再施加載荷以及邊界條件之后計(jì)算出模擬網(wǎng)格中受力危險(xiǎn)點(diǎn)以及振動危險(xiǎn)點(diǎn)。通過對原零件的對比，修正原設(shè)計(jì)中不合理的部分，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的性。本課題介紹了 hypermesh 軟件在汽車車門設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，分析了汽車車門形狀對外載荷的反應(yīng)情況，還包括了汽車車門的有限元網(wǎng)格建模過程，模態(tài)仿真計(jì)算，靜力學(xué)仿真計(jì)算等等過程。對汽車車門的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著較為重要的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：汽車車門 有限元 模態(tài)分析 下垂剛度IIAbstractThe finite element analysis is based on the development of computer technology, and the finite element analysis mainly uses the approximate mathematical method to simulate a small subset of a complex physical system with a finite number of unknowns Close to the infinite number of real systems. According to the above principles, this paper aims at three-dimensional modeling of the car door, followed by the introduction of hypermesh software, the use of finite element technology to divide the grid, and then load the load and the boundary conditions to calculate the simulated grid The point of danger and the risk of vibration. Through the comparison of the original parts, modify the original design of the unreasonable part, to improve the purpose of optimizing the design. This paper introduces the use of hypermesh software in the design of automobile door, analyzes the reaction of the external load of the car door, and also includes the finite element grid modeling process, the simulation of the simulation, the static simulation and so on process. The optimization of the design of the car door has a more important practical significance.Keywords：Finite element analysis 、cae、 automotive industry目 錄摘 要 .IAbstract.II第 1 章 緒論 .11.1 前言 .11.2 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用 .11.3 有限元分析軟件介紹 .3第 2 章 有限元分析歷史、原理分析過程 .52.1 有限元分析歷史 .52.2 有限元分析法的通俗原理 .52.3 有限元分析法的詳細(xì)步驟 .5第 3 章 汽車后門的有限元分析 .73.1 汽車車門有限元分析流程 .83.2前處理（17）詳細(xì)流程 .93.2.1 抽取中面 .93.2.2 幾何清理 .103.2.3 網(wǎng)格劃分 .113.2.4 包邊 .123.2.5 點(diǎn)焊 .133.2.6 材料以及屬性的創(chuàng)建及賦予 .143.2 自由模態(tài)分析步驟 .163.2.1 模態(tài)的介紹 .163.2.2 模態(tài)分析的介紹 .163.2.3 邊界條件以及載荷輸入 .173.2.4 計(jì)算 .183.2.5 分析結(jié)果 .183.2.6 云圖展示 .193.3 車門下垂剛度有限元分析 .203.3.1 剛度的介紹 .203.3.2 剛度分析的介紹 .203.3.3 邊界條件與載荷的創(chuàng)建與輸入 .213.3.4 模擬計(jì)算 .223.3.5 分析結(jié)果 .23第 4 章 結(jié)論 .25致 謝 .26參考文獻(xiàn) .271第 1 章 緒論1.1 前言我國人口占世界比例較大，故汽車的消費(fèi)也占據(jù)了世界較大的比例，隨著科技的發(fā)展，越來越多型號及功能的汽車慢慢的走進(jìn)千家萬戶。雖然在世界級別中，汽車已經(jīng)是一種發(fā)展較為成熟的交通工具，但是我國的制造業(yè)暫時達(dá)不到世界頂尖級別，所以對于汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，動力優(yōu)化，清潔能源等領(lǐng)域還是有很大的發(fā)展探索空間。汽車領(lǐng)域的發(fā)展還能帶動其他工業(yè)的發(fā)展，貫徹了可持續(xù)發(fā)展道路?？偠灾?，現(xiàn)階段的中國制造業(yè)對汽車各方面的研究就非常具有現(xiàn)實(shí)意義。有限元分析法是電腦發(fā)展歷史中的一個必然產(chǎn)物，利用了電腦高效的計(jì)算能力，模擬被研究物體在各個情況下的實(shí)時狀態(tài)，是現(xiàn)代電腦輔助工程中重要的理論基礎(chǔ)。不僅在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中被利用，而是被廣泛利用在了整個制造業(yè)之后，毫不夸張的說，有設(shè)計(jì)的地方就有有限元 。應(yīng)用有限元分析（cae）方法可以在汽車的設(shè)計(jì)階段利用汽車零件三維模型作為基礎(chǔ)，劃分出近似的網(wǎng)格代替原模型進(jìn)行各種模擬計(jì)算，類似于剛度模擬計(jì)算，模態(tài)計(jì)算，疲勞計(jì)算等等 。再根據(jù)計(jì)算結(jié)果 決定優(yōu)化改良方案。這種方式最大的有點(diǎn)就是可以大大增加設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本 1。本文將會簡單介紹有限元分析法的起源，發(fā)展歷程，以及現(xiàn)代國際上該方法的發(fā)展現(xiàn)狀。亦會細(xì)述本人課題中詳細(xì)的劃分過程以及分析過程，并且對有限元分析對于機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際意義做出詳細(xì)總結(jié) 。本人會根據(jù)有限元分析原理，利用三維制圖軟件（ug 8.0），有限元前處理以及分析軟件（hypermesh 10.0），后處理軟件（altair hyperview）對汽車后車門的下垂剛度以及自由模態(tài)做出分析并得到應(yīng)力云圖以及頻率云圖 。根據(jù)云圖中顯示的變形最大點(diǎn)，位移最大點(diǎn)，振動最大點(diǎn)等危險(xiǎn)信息，設(shè)計(jì)人員可以對這些危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，最大限度的提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性以及安全性。1.2 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用從人力轎子，到馬車再到蒸汽機(jī)車再到燃油機(jī)車，人類代步工具歷史總是伴隨著靈感與無數(shù)次試驗(yàn)，代步工具的發(fā)展也展示著人類無窮無盡的智慧。在當(dāng)代汽車行業(yè)中更注重高效，迅速，穩(wěn)定的設(shè)計(jì)過程，在計(jì)算機(jī)不發(fā)達(dá)的年代中，只能通過不斷的制造成品，不斷得實(shí)體試驗(yàn)才能緩慢的優(yōu)化產(chǎn)品而且具有較大的誤差和不穩(wěn)定性，極大的加大了設(shè)計(jì)成本以及時間 。而隨著科技發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)發(fā)展，幾乎可以說是必然的趨勢，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)勢而生。制2造業(yè)中較為普遍，廣為人知的三種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)為 cae 技術(shù)，cam 技術(shù)，cad技術(shù)。其中 cad 技術(shù)著重于零件整體的零件圖繪制，形狀模擬，裝配模擬等等，cam 技術(shù)著重于零件制造質(zhì)量，cae 技術(shù)著重于零件整體的性能優(yōu)化，可以說cae 技術(shù)是科技進(jìn)步最大的助力。例如保險(xiǎn)杠的碰撞 cae 模擬分析，可以有效的體現(xiàn)保險(xiǎn)杠在碰撞剛性墻體時出現(xiàn)的變形以及最大應(yīng)力點(diǎn)（危險(xiǎn)點(diǎn)），這可以讓設(shè)計(jì)人員更為注意危險(xiǎn)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使保險(xiǎn)杠整體的抗撞擊能力得到一個提升，使保護(hù)能力提高。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對整個制造業(yè)的零件開發(fā)以及設(shè)計(jì)過程具有以下三個重要作用?？s短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期 ：cad 技術(shù)更為真實(shí)的模擬了零件的建模，裝配等設(shè)計(jì)流程，大大縮短了早起計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)達(dá)年代時設(shè)計(jì)零件的時間?？梢愿鼮橛行е庇^的觀察以及變更設(shè)計(jì)方案。為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本：cae 技術(shù)客觀的顯示了零件在預(yù)定載荷以及各種邊界條件下的危險(xiǎn)受力點(diǎn)，最大振動點(diǎn)等等物理數(shù)據(jù)，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做出了可靠的依據(jù)。在計(jì)算機(jī)上模擬優(yōu)化結(jié)果可以減少實(shí)物試驗(yàn)的次數(shù)，大大降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本。Cam 技術(shù)為零件制造提供了模擬途徑，可以客觀模擬產(chǎn)品制造過程中的各種情況，有效的降低零件制造中廢品的產(chǎn)生，大大降低了廢品率。這兩種技術(shù)為企業(yè)盈利提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持 2。提高產(chǎn)品優(yōu)化效果：相比起早起的實(shí)物試驗(yàn)，不僅僅浪費(fèi)大量人力物力，試驗(yàn)結(jié)果還不能非常準(zhǔn)確的顯示出產(chǎn)品初設(shè)計(jì)的不足，cae 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力以及相關(guān)數(shù)學(xué)物理公式可以較為準(zhǔn)確的推斷出零件危險(xiǎn)點(diǎn)，為后續(xù)準(zhǔn)確的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)輔助工程的目的在于提高設(shè)計(jì)效率，提高優(yōu)化精度，減少盲目設(shè)計(jì) 。主要用來模擬零件剛度，強(qiáng)度，疲勞，振動，壽命等等設(shè)計(jì)必要數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)輔助工程大致分為三個流程 ，第一是被分析件的三維成型，第二是計(jì)算機(jī)對零件進(jìn)行分析，第三是分析計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)算分析結(jié)果并且確立優(yōu)化方案 。其最大優(yōu)點(diǎn)便是可以高效準(zhǔn)確得模擬實(shí)際情況，擁有較高的可信度以及可用度。為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有效的指導(dǎo)方針以及優(yōu)化方向，是整個制造業(yè)中十分有幫助的輔助方式。計(jì)算機(jī)輔助工程不僅在汽車行業(yè)十分流行，甚至在整個制造業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，上至航天領(lǐng)域，下至兒童玩具都能看見他的身影?？梢哉f是有制造業(yè)就有計(jì)算機(jī)模擬工程。但是由于篇幅問題，本文暫且只介紹 cae 分析對于汽車行業(yè)的應(yīng)用。在汽車行業(yè)中，汽車每個零部件都可以說會經(jīng)過有限元分析。剛度強(qiáng)度分析 ：例如 車門、車保險(xiǎn)杠的碰撞有限元分析，這一類零件在汽車這個整體中起到保護(hù)駕駛員的功能。所以這一類零件的剛度強(qiáng)度是優(yōu)化設(shè)3計(jì)的首選屬性。故這一類分析主要是為了找出零件的危險(xiǎn)界面以及位移最大點(diǎn)坐標(biāo)以便更好的優(yōu)化其保護(hù)功能。模態(tài)分析：例如 車架，車門，車整體 。當(dāng)一個產(chǎn)品由較多零件構(gòu)成時，振動就是設(shè)計(jì)師需要著重考慮的事情。當(dāng)兩個物理的振動頻率相近時就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，會從環(huán)境中吸收更多的能量。共振現(xiàn)象不僅僅在汽車行業(yè)中是極其危險(xiǎn)，在土木建工行業(yè)中也是要被嚴(yán)格杜絕的。模態(tài)分析的意義就是要避免產(chǎn)品中各個微小零件發(fā)生共振現(xiàn)象。熱分析：例如車前蓋，發(fā)動機(jī)，油箱等等零件，該類零件由于靠近能量源，更容易吸收來自能量源散播出來額外的能量而產(chǎn)生熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致零件壽命降低甚至開裂報(bào)廢，嚴(yán)重時甚至可以造成爆炸。熱分析的目的就是降低該類事故的發(fā)生率。疲勞分析：例如車鎖，螺栓等等零件，該類零件由于長時間接觸應(yīng)力，在外載荷撤出時容易在零件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力影響零件壽命，故該分析的目的就是預(yù)算零件的使用壽命，以便判斷零件的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)以及壽命延長優(yōu)化設(shè)計(jì)。雖然在我國大部分國民的觀點(diǎn)都是機(jī)械已經(jīng)是夕陽產(chǎn)業(yè)，但是一個大國想要發(fā)展，注定需要依靠實(shí)體經(jīng)濟(jì)來拉動，國家并沒有忽視機(jī)械這一偉大行業(yè)，中國所提出的工業(yè) 4.0 便是證據(jù)。在未來制造業(yè)必定走向一個高效，輕便，低噪，全自動的行業(yè)趨勢，避免早起制造業(yè)中死板單一的制造模式，更傾向于一個多品種，高精度，高技術(shù)，低成本的制造模式，而計(jì)算機(jī)輔助工程則是我國發(fā)展制造業(yè)不可或缺的一個環(huán)節(jié)。但是在海外發(fā)達(dá)國家制造業(yè)已經(jīng)遠(yuǎn)超我國現(xiàn)有技術(shù)，甚至現(xiàn)在所有市面上的有限元分析軟件沒有一款是我國開發(fā)的，有限元行業(yè)也僅僅存在一些較大企業(yè)中。所以我國依然有很長的發(fā)展道路要走 3。1.3 有限元分析軟件介紹本文主要使用了 ug 三維成型軟件以及 hypermesh 有限元分析軟件，本文對這兩個軟件做出一些基本介紹。Ug：大家較為熟悉的三維成型的軟件，ug 的全名是 unigraphics NX ，是Siemens plm software 公司撰寫并出品的一款用于提高設(shè)計(jì)過程中造型構(gòu)成的效率的一款軟件。它包含了上文提到的 cad/cam 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造工程，是現(xiàn)代制造業(yè)中必不可少的一款軟件，也是應(yīng)用最廣泛的一款軟件。Hypermesh：hypermesh 軟件是由 altair 公司撰寫并開發(fā)的一款 cae 軟件，在 cae 行業(yè)領(lǐng)域中，hypermesh 的計(jì)算能力雖然比不上一些較為高級的 cae 軟件例如 ansys，abaqus 等，但是真正讓它廣受青睞的則是他的強(qiáng)大的模型前處理以及網(wǎng)格劃分方式。在 cae 工程師的讓我中，大量耗費(fèi)工程師時間的便是構(gòu)4造模擬網(wǎng)格以及幾何清理等工作，模擬計(jì)算任務(wù)是交給計(jì)算機(jī)完成的。故hypermesh 支持直接輸入已有三維幾何模型，并且輸入完整性高，錯誤少的特點(diǎn)就大大降低了工程師前處理的工作量，便于工程師把時間投入更為重要的工作中去 4。5第 2 章 有限元分析歷史、原理分析過程2.1 有限元分析歷史 有限元是指那些能夠形成連續(xù)域的離散型單元，有限元的歷史可以追溯到好幾個世紀(jì)之前，曾經(jīng)的古人利用無限小段的直線無限得去逼近圓弧線段長度便是有限元應(yīng)用的最早實(shí)例。隨著時代發(fā)展，能直接計(jì)算的學(xué)術(shù)問題越來越少，越來越多的科技問題偏向了這種無法直接計(jì)算，具有 n 個未知數(shù)的高難度計(jì)算。及時在電腦非常發(fā)達(dá)的今天，較多連續(xù)性工程問題亦是沒辦法直接在電腦上直接計(jì)算，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的基本數(shù)據(jù)不能是連續(xù)數(shù)值，例如當(dāng)一個無理數(shù)輸入電腦時，他只會給你輸入小數(shù)點(diǎn)后較多位數(shù)來無限逼近真實(shí)數(shù)值，但是肯定有一個位數(shù)極限。所以想要計(jì)算機(jī)可以計(jì)算連續(xù)度非常高的高等數(shù)學(xué)問題時，人們便想到了曾經(jīng)古人計(jì)算圓周長度的方法，利用離散性的思維和方法去模擬模型的實(shí)際情況，從而誕生了有限元分析的雛形。因有限元廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和高效的分析計(jì)算，他很快滲透進(jìn)所有物理技術(shù)領(lǐng)域，成為了現(xiàn)代發(fā)展必不可少的一個助力。有限元分析最初應(yīng)用可以追溯到十八世紀(jì)，著名科學(xué)家歐拉利用了細(xì)化求和的方法求解細(xì)桿件的受力平衡問題，這里面的核心概念便是有限元分析。在二十世紀(jì)中葉，物理學(xué)家克拉夫教授首次提出了有限元分析理論在物理結(jié)構(gòu)方面上的應(yīng)用以及有限元的概念，也可以說是開辟了有限元分析初始的篇章。隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，有限元技術(shù)得到了質(zhì)一般的飛躍，由只能靠人力解決較為復(fù)雜的任務(wù)到了可以計(jì)算極其龐大的工程問題 5。2.2 有限元分析法的通俗原理 導(dǎo)入三維零件之后，利用虛擬單元劃分物體，這些單元被視為剛性單元（不可變形）并且單元與單元之間有節(jié)點(diǎn)相連用于傳遞能量。根據(jù)能量原理建立各種單元矩陣，在輸入外力約束，載荷以及單元屬性，材料屬性等等條件之后，利用計(jì)算機(jī)高效的計(jì)算能力可以得到不同的分析結(jié)果 6。2.3 有限元分析法的詳細(xì)步驟連續(xù)體離散化：所謂連續(xù)體簡單點(diǎn)來講就是被分析件本身，可以是片體亦可以是實(shí)體但是要求是為連續(xù)體，所謂連續(xù)體離散化就是利用虛擬網(wǎng)格代替實(shí)體本身進(jìn)行模擬計(jì)算，也可以稱為網(wǎng)格化。各個網(wǎng)格之間由節(jié)點(diǎn)相連用于傳遞能量，后續(xù)的載荷施加，約束施加也只能施加在節(jié)點(diǎn)上然后傳遞到整個物體。6網(wǎng)格質(zhì)量決定了整個分析結(jié)果的好壞，有限元前處理軟件為了盡可能繪制出貼合模型本身的網(wǎng)格，會根據(jù)載入的三維模型上的特征曲線來劃分網(wǎng)格。理論上來說網(wǎng)格越小越細(xì)密越能貼合零件表面，但是網(wǎng)格的數(shù)目和計(jì)算量成正比，所以設(shè)計(jì)人員會刪除一些不想關(guān)的特征曲線以及確定網(wǎng)格大小數(shù)目等方式，在盡可能降低計(jì)算量的情況下 保證網(wǎng)格質(zhì)量。這也是網(wǎng)格前處理的意義 7。網(wǎng)格分為 1d 單元（例如焊點(diǎn)單元） 2d 單元 （殼單元）3d 單元（實(shí)體單元）。劃分網(wǎng)格需注意事項(xiàng)：1.分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再決定其網(wǎng)格種類例 。如鈑金件可以用 2d 網(wǎng)格劃分，但是某些實(shí)體件必須用 3d 網(wǎng)格劃分。2. 因?qū)胛募r容易產(chǎn)生零件導(dǎo)入過多，不完整，多余特征線以及表面。導(dǎo)入零件模型之后應(yīng)先處理多余的硬點(diǎn)，自由邊，多余表面等。3. 根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定網(wǎng)格大小，受力多的地方可以用較細(xì)網(wǎng)格繪制。4. 單元數(shù)量越多，計(jì)算量越大，在保證單元質(zhì)量和計(jì)算量的情況下 盡量減少單元數(shù)量 5 . 繪制完網(wǎng)格之后，需要檢查網(wǎng)格連續(xù)性，單一件的所有網(wǎng)格必須節(jié)點(diǎn)重合才能達(dá)到模擬實(shí)體的效果。6. 所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)重合之后，要檢查網(wǎng)格質(zhì)量，對不合格單元進(jìn)行重新劃分。單元分析：網(wǎng)格劃分完畢之后，我們需要對單個網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)致的分析以便創(chuàng)建計(jì)算函數(shù)以及單元剛度矩陣。根據(jù)材料力學(xué)中的理論可知，若一個具有彈性，可以傳遞能量的連續(xù)體在受到外力變形時，他的變形量，受力量等等物理量都可以用他某一個微小集的位移來表示，這一個微小集我們用一個單一網(wǎng)格來模擬。所以只要知道了這個單元的位移量，我們就可以得出其他重要的物理量 。所以我們擬定的這個計(jì)算函數(shù)目的就是用來模擬一個單一單元的位移量。選定計(jì)算函數(shù)之后，我們接下來需要做的就是創(chuàng)建剛度矩陣。上文所知單元傳遞能量最要是靠周邊的節(jié)點(diǎn)來傳遞，但是現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下不可能剛剛好將外載荷加載到一個網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上，亦有可能加載在網(wǎng)格中心處。故我們需要將網(wǎng)格周邊的外載荷等效同化到周邊的節(jié)點(diǎn)上，然后在利用相關(guān)的物理知識建立單元的受力平衡方程，最后得出單元位移量和單元受力大小的關(guān)系矩陣，這就是剛度矩陣 8。整體分析：當(dāng)單元組成了整體，我們需要將單元位移與外載荷和約束再進(jìn)行關(guān)聯(lián)。全部單個單元分析完畢之后，將其合并為一個組集，推導(dǎo)出各個節(jié)點(diǎn)剛度矩陣疊加成整體剛度矩陣公式，然后通過雷士矩陣位移的方法求目標(biāo)未知量。確定約束條件：上述確定的平衡方程需要根據(jù)實(shí)際約束情況來更新修改其計(jì)算方程，來更為貼近現(xiàn)實(shí)的模擬整體情況。故約束條件也是非常重要的一環(huán)，這里包括了約束力的位置，約束的自由度以及零件本身材料的各種物理屬性，材料的形狀等。7方程求解：由方程計(jì)算出單個單元位移量從而推算出該單元所受應(yīng)力，應(yīng)變等等物理量。結(jié)果分析：驗(yàn)算云圖數(shù)據(jù)以及構(gòu)造新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。8第三章 汽車后門的有限元分析車門是汽車不可或缺的一個部件，除了外形美觀大氣，還需要保證一定的可靠性與安全度。例如若車門的剛度不夠，那么就非常容易產(chǎn)生變形甚至影響車門正常使用。本文將對一個汽車后門三維零件進(jìn)行必要的有限元分析，展示其在約束狀態(tài)下的車門下墜剛度分析以及自由模態(tài)分析，得出其振動云圖以及應(yīng)力云圖并提出優(yōu)化意見 9。3.1 汽車車門有限元分析流程中面抽?。涸谄囆袠I(yè)中，較大部分的汽車零件都為鈑金件，鈑金件是六毫米以下厚度的金屬薄板經(jīng)過綜合冷加工工藝，包括剪、沖/切/復(fù)合、折、焊接、鉚接、拼接、成型（如汽車車身）而產(chǎn)生的零件。其顯著的特征就是同一零件厚度一致。而在有限元分析中，這一類的零件可以通過抽取中面得到片體再在卡片屬性中賦予厚度來達(dá)到模擬鈑金件的效果。所以在導(dǎo)入零件模型之后利用 geom midsurface 命令抽取中面，若導(dǎo)入零件之后零件有較多重復(fù)面或者較多自由邊，可以在 geom-quickedit 中先進(jìn)行一次幾何清理，但是抽取完中面之后必須再進(jìn)行幾何清理。幾何清理 ：在有限元軟件將零件離散化之前，我們需要對零件本身（或中面）進(jìn)行幾何清理，利用 toggle 消除不必要特征線，利用 delete surface 或者 filler surface 刪除多余表面或者填補(bǔ)缺失表面。利用 add/clear point 刪除或者添加硬點(diǎn)，將過小的圓角或者斜倒角變?yōu)橹苯?。以上操作便于我們繪制網(wǎng)格。幾何清理的命令在 geom-quickedit 中可以實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)格劃分：在 hypermesh 中生成網(wǎng)格，命令可在 2d automesh 中實(shí)現(xiàn)大部分功能。Automesh 中可以對已劃分平面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，亦也可以對已有網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分，在操作界面中可以設(shè)置網(wǎng)格大小密度來達(dá)到劃分目的。Automesh 中有兩種常用劃分風(fēng)格，一種是 size and bias ，這一種劃分方式注重貼合幾何表面，盡可能的完整得用網(wǎng)格模擬出幾何表面，但是其網(wǎng)格質(zhì)量并不算高，這種方式較為合適細(xì)密的網(wǎng)格。第二種 qi optimize 劃分方式更注重網(wǎng)格質(zhì)量，但是以犧牲網(wǎng)格貼合性作為代價，這種方式較為適合于那些細(xì)微特征較為不重要或者不受力的零件劃分。2d 選項(xiàng)中還有很多 2d 網(wǎng)格劃分方式，這里暫不贅述。包邊：在汽車車門零件中，外板與內(nèi)板的鏈接方式為包邊鏈接，但是由于包邊其厚度過小不滿足我們劃分網(wǎng)格時需要的尺寸，若劃分則會產(chǎn)生失敗單元，故我們先刪除了外板零件的包邊實(shí)體，再把內(nèi)板的外圍網(wǎng)格通過 tool- project 投影到外板實(shí)體，根據(jù)投影的 node 來劃分外板的網(wǎng)格，再通過9replace 將上下板網(wǎng)格統(tǒng)一，多余的網(wǎng)格則放入一個新的 component，謹(jǐn)記之后屬性賦予時要將其厚度設(shè)置為外板加內(nèi)板厚度。膠粘鏈接：部分零件需要膠粘鏈接，將需要膠粘鏈接的部分 2d 單元網(wǎng)格投影到另一塊被連接件上，將兩排 node 生成實(shí)體網(wǎng)格模擬膠粘鏈接。本文中零件不涉及膠粘鏈接，故不多加介紹。點(diǎn)焊：整體車門零件絕大部分部件依靠點(diǎn)焊鏈接，在 1d rigids 命令中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，點(diǎn)焊命令的實(shí)質(zhì)是在 node 之間創(chuàng)建 1d 剛性單元來模擬焊接時的情況，注意該 1d 單元沒有質(zhì)量，沒有屬性故后續(xù)賦予屬性時記得擯除在外。零件與零件之間的點(diǎn)焊，先找到兩零件連接處，找到各自最外層的一層單元兩兩鏈接，若零件過大，則可以每隔五個單元格長度焊一次。焊點(diǎn)的好壞直接影響零件后續(xù)各自模擬計(jì)算，應(yīng)慎重對待。屬性以及材料的創(chuàng)建與賦予：創(chuàng)建完單元之后，我們需要創(chuàng)建相對應(yīng)的材料屬性。創(chuàng)建材料之前我們需要了解零件整體材料的相關(guān)數(shù)據(jù)，若整體零件由不同材料，不同厚度的部件組成，那么我們在設(shè)置材料的時候也需要一一對應(yīng)設(shè)置不同的材料 component，對于材料來說最重要的數(shù)據(jù)則是彈性模量，泊松比和密度（部分靜力學(xué)分析不涉及密度可忽略），故在查閱書籍時應(yīng)該較為重視。邊界條件與載荷的載入：在該文章中，我們只對車門零件進(jìn)行自由模態(tài)分析以及門下垂剛度分析，故自由模態(tài)分析時，我們不需要加入載荷與邊界條件。而在門下垂剛度分析中，我們應(yīng)該給予整個零件一個基于 z 軸負(fù)方向的重力加速度，若要模擬顛簸狀態(tài)下則需要加多倍的重力加速度。然后將車門中兩處鉸鏈連接處限制其所有自由度來模擬車門鎖緊的情況。計(jì)算：設(shè)置 loadstep，載入 hypermesh 中進(jìn)行計(jì)算觀察計(jì)算結(jié)果3.2 前處理（17）詳細(xì)流程3.2.1 抽取中面將 igs 文件導(dǎo)入 hypermesh 之后，先刪除多余的重復(fù)零件 component。之后再進(jìn)行抽取中面。抽取中面的命令在 1d-midsurface 中，選中所有表面即可簡單的抽取中面，如圖 3-1 所示。10但是若是遇見導(dǎo)入錯誤產(chǎn)生許多錯誤表面的零件就需要先做幾何清理刪除多余表面或者填補(bǔ)缺失面之后才能正常的抽取中面否則會產(chǎn)生錯誤例如圖 3-2。綠色特征線表示兩個面的連接處，紅色表示一個面的邊界（自由邊），黃色代表三個面的連接處，一般情況下黃色邊是正常的情況，但是該圖中很明顯是載入了多余面導(dǎo)致了出現(xiàn)黃色面，這里需要先進(jìn)入 geom quickedit 中先刪除黃色多余面。完成之后刪除一些多余特征線以及額外加載進(jìn)來的line，point 即可以進(jìn)行抽取中面命令。由于抽取的中面是一個片體，所以邊緣處是紅色自由邊，這里顯示了中面以及原零件，如圖 3-3 所示，其他零件抽取中面過程于上述一致，這里不再贅述。3.2.2 幾何清理圖 3-1圖 3-2圖 3-311抽取完所有零件中面之后，下一步要進(jìn)行幾何清理的過程。根據(jù)上文所知，電腦會根據(jù)幾何上綠色特征線來制定劃分計(jì)劃，特征線的好壞多少直接影響了后續(xù)的網(wǎng)格繪制，所以我們要刪除一些多余的特征線。幾何清理的命令可以在geom quickedit 中完成，如圖 3-4 所示。在幾何清理中，我們用的最多的就是 toggle edge（刪除綠色特征線），但是幾何清理并不是簡單的刪除線，很多情況下我們需要添加特定特征線來人為的影響網(wǎng)格繪制過程，在 hypermesh 中，我們要盡量得把單元繪制成四邊形網(wǎng)格，三角形網(wǎng)格由于過硬在該行業(yè)中是屬于一種劣質(zhì)單元，有嚴(yán)格的百分比要求。例如以下圖片，若根據(jù)已有特征線必定會產(chǎn)生三角形單元，故我們進(jìn)行人為的修補(bǔ)，來減少三角形單元的產(chǎn)生。如圖 3-5、圖 3-6 所示。所有零件的幾何清理根據(jù)上述過程進(jìn)行，這里不再一 一舉例。3.2.3 網(wǎng)格劃分對所有片體零件幾何清理完畢之后，則可以開始進(jìn)行 2d 網(wǎng)格劃分，常用的2d 網(wǎng)格劃分命令在 2d automesh 中，當(dāng)然 2d 命令欄中還有很多 2d 網(wǎng)格繪制命令，這里不加介紹。該命令可以對表面進(jìn)行劃分，亦可以對已有單元進(jìn)行重新劃分。在該命令中有兩種常用劃分風(fēng)格。一個是 size and bias 和 qi optimize ，前者注重貼合幾何體，更真實(shí)模擬幾何外形，但是網(wǎng)格質(zhì)量不高，適合于細(xì)密網(wǎng)格。后者犧牲了貼合度更注重網(wǎng)格質(zhì)量，適合稍大網(wǎng)格。我們采圖 3-4圖 3-5 圖 3-612用了 10mm 的網(wǎng)格大小，故我們選擇了 qi optimize 劃分方式，如圖 3-7 所示。當(dāng)我們選中所有表面劃分完網(wǎng)格之后，我們需要做的就是查看網(wǎng)格連續(xù)性，上述所知，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是用來傳遞能量，若網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不能連續(xù)，則無法傳遞能量影響分析結(jié)果。進(jìn)入 tool edge 面板，輸入百分之 10 網(wǎng)格尺寸的容差，這里選擇 1，然后點(diǎn)擊 find edge，未連續(xù)的部分會以紅色線條顯示，這時候點(diǎn)擊preview equiv，再點(diǎn)擊 equivalence 可以合并節(jié)點(diǎn)，如圖 3-8 所示。若網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)相差略大，電腦無法自動合并，可以進(jìn)入快捷鍵 f3 中利用replace 進(jìn)行。再檢測完連續(xù)性之后，我們需要查看網(wǎng)格質(zhì)量，檢查命令在 2d quality index，如圖 3-9 所示。本分析中，失敗單元的失敗率在百分之 5 以下，而且失敗單元不能位于受力點(diǎn)。紅色黃色網(wǎng)格表示不合格，天藍(lán)色和無色表示合格，失敗單元可以利用右方 element optimize 來進(jìn)行優(yōu)化，若電腦無法自動優(yōu)化，就必須退回至 2d網(wǎng)格繪制命令面板進(jìn)行部分失敗網(wǎng)格重新劃分，若依然達(dá)不到要求，可以退回幾何清理命令面板，通過添加 point 來影響繪制結(jié)果，若產(chǎn)生大面積失敗單元，可以點(diǎn)擊 save failed 來保存失敗單元利用更細(xì)的網(wǎng)格進(jìn)行劃分。（由于特殊需要，外板的網(wǎng)格暫時不繪制。）3.2.4 包邊圖 3-7圖 3-8圖 3-913當(dāng)我們繪制完所有網(wǎng)格并且檢查合格之后，我們需要進(jìn)行包邊的組合。上述文章所知汽車車門的內(nèi)外板是通過包邊的方式進(jìn)行鏈接的，所以我們要先將汽車內(nèi)板網(wǎng)格最靠邊緣的那一排網(wǎng)格（不是邊緣網(wǎng)格）上的所有網(wǎng)格投影到外板上，然后再進(jìn)入幾何清理用特征線將其一一連接起來，然后刪去外板外多余的一圈表面，如圖 3-10 所示。就會出現(xiàn)該圖的情況，這時候再繪制外板網(wǎng)格，再將最外層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)利用replace 命令同步到黃色投影 node 上，如圖 3-11 所示。此時再將外板的邊緣網(wǎng)格與內(nèi)板最靠邊緣的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)合并，并將內(nèi)板多出來的最外層網(wǎng)格（該圖肉色網(wǎng)格）放入一個單獨(dú)的 component 以便后續(xù)輸入厚度，如圖 3-12 所示。圖 3-10圖 3-11圖 3-12143.2.5 點(diǎn)焊汽車車門零件大部分利用點(diǎn)焊鏈接，故該車件所有部件也需要利用焊點(diǎn)進(jìn)行鏈接。焊點(diǎn)命令在 1d rigids 中可以實(shí)現(xiàn)，可以在兩個 node 之間創(chuàng)建一個沒有材料沒有屬性，不會變形的剛性單元。命令如圖 3-13 所示焊接時，我們找到兩個零件最靠近的部位將其一層網(wǎng)格兩邊的 node 兩兩鏈接。因本文零件過大，故采用隔三四個單元格焊接一次。如圖 3-14 所示，黃色為外板，綠色為外板加強(qiáng)板，紅色為焊點(diǎn)。在焊接過程中主要焊點(diǎn)不能重復(fù)焊接，否則會導(dǎo)致計(jì)算錯誤。3.2.6 材料以及屬性的創(chuàng)建及賦予本文車件材料同一使用鋼為原材料，鋼的材料屬性為其中彈性模量E=2.0710 5 MPa，材料泊松比 =0.3，密度 =7.810 -9 T/mm 3 。點(diǎn)擊material 按鍵，進(jìn)入材料創(chuàng)建界面，name 欄輸入 steel（鋼），type 欄輸入all，card image 輸入 MAT1（各向同性材料）隨便選擇一個顏色之后點(diǎn)擊圖 3-13圖 3-14圖 3-1515creat/edit 進(jìn)入材料詳細(xì)數(shù)據(jù)創(chuàng)建，將上述彈性模量、泊松比、密度等數(shù)據(jù)輸入對應(yīng)欄中，如圖 3-15 所示。雖然車件每一個部分的材料相同，但是每個車件的厚度不一樣，所以后續(xù)輸入屬性時候，需要創(chuàng)建多個屬性的 component 詳細(xì)厚度見圖 3-16。了解詳細(xì)厚度之后，點(diǎn)擊 property 按鍵創(chuàng)建屬性，根據(jù)不同部分零件設(shè)置不同的屬性 id，type 設(shè)置為 2d，card image 設(shè)置為 pshell（殼單元），material 選中上述設(shè)置完的材料 steel，然后點(diǎn)擊 creat/diet，在彈出的界面t 欄中輸入不同的厚度，點(diǎn)擊 return，如圖 3-17 所示，至此所有的屬性設(shè)置完成。所有屬性設(shè)置完成之后，我們需要將其賦予給 component，點(diǎn)擊 component按鍵，進(jìn)入 update 更新界面，選中我們需要賦予相應(yīng)屬性的 component，card image 選擇 no card image，屬性選擇之前設(shè)置的相應(yīng)屬性，點(diǎn)擊 update 就可以完成更新，詳細(xì)命令見圖 3-18。這時候我們需要檢查是否所有的 component 都賦予的屬性材料，若有遺漏則會影響后續(xù)計(jì)算結(jié)果，找到左邊選項(xiàng)欄，帶藍(lán)色方塊圖標(biāo)的按鍵。點(diǎn)擊之后可以顯示當(dāng)前所有 component 所被賦予的材料屬性，如圖 3-19 所示。檢查完畢之后，至此所有網(wǎng)格前處理步驟完成。圖 3-16圖 3-17圖 3-18163.2 自由模態(tài)分析步驟3.2.1 模態(tài)的介紹每個零件本身都會有自己本身的屬性，而模態(tài)就是一種概念來概括這種屬性。在學(xué)術(shù)中模態(tài)被成為零件本身的固有振動屬性。這種振動屬性包括了振動固有頻率，阻尼比等科學(xué)數(shù)據(jù)。3.2.2 模態(tài)分析的介紹模態(tài)分析的目的是分析零件結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，在振動領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，包括了航天領(lǐng)域，建筑領(lǐng)域，船舶領(lǐng)域等等。模態(tài)的概念是指零件機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動頻率、阻尼比等科學(xué)數(shù)值，而我們采用了有限元分析軟件分析其固有頻率，了解了結(jié)構(gòu)發(fā)生共振的頻率段以及位置，從而在設(shè)計(jì)過程中盡可能避開該頻率達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。根據(jù)振動理論，多自由度系統(tǒng)以某個固有頻率振動時所呈現(xiàn)出的振動形態(tài)稱為模態(tài)，此時系統(tǒng)各點(diǎn)位移存在一定的比例關(guān)系，稱固有振型。不論何種阻尼情況，機(jī)械結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)對外力的響應(yīng)都可以表示成由固有頻率、阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)組成的各階振型模態(tài)的疊加。模態(tài)分析的核心內(nèi)容是確定描述結(jié)構(gòu)系動統(tǒng)態(tài)特性的參數(shù)。對于一個 N 自由度線性系統(tǒng)，其運(yùn)動微分方程為:Equation Chapter 2 Section 2 ()MXCKFt（4-1）式中 M質(zhì)量矩陣；K剛度矩陣；X位移向量；()Ft作用力向量當(dāng) 0時，忽略阻尼 C影響，方程變?yōu)?0MXK（4-2）圖 3-1917自由振動時，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)作簡諧振動，各節(jié)點(diǎn)位移 jtXe（4-3） 由式(4-2)和(4-3)得 20KM（4-4）求出特征值 2和特征值 ，又因?yàn)?2f，求得系統(tǒng)各階固有頻率即模態(tài)頻率，固有振型即模態(tài)振型。3.2.3 邊界條件以及載荷輸入 邊界條件意為約束條件，我們需要在網(wǎng)格中確定幾個 node 作為限制點(diǎn)，限制其 1 個或者多個自由度從而達(dá)到限制整個零件的作用。載荷亦為同理，需要選中部分 node 施加作用力，作用力通過節(jié)點(diǎn)到達(dá)整個零件達(dá)到影響效果。本文中的模態(tài)分析為自由模態(tài)分析，是一種不加任何約束以及載荷的自由狀態(tài)，故邊界條件以及載荷的創(chuàng)建與輸入在此不加以說明，會在后續(xù)靜力學(xué)分析中詳細(xì)解釋添加步驟。雖然沒有載荷及約束，我們也需要一個載荷集來輸入工步中，所以我們點(diǎn)擊 laod collectors 創(chuàng)建一個 frequency（頻率）的載荷集，隨便挑選一個顏色之后將 card image 設(shè)置為 EIGRL，詳細(xì)見圖 3-20。然后點(diǎn)擊 creat/edit ，在彈出界面設(shè)置頻率分析各個選項(xiàng)。V1 和 V2 為固有頻率的顯示范圍，這里選擇 1200，ND 為固有頻率的階數(shù)，這里選擇前 10 階固有頻率，詳細(xì)見圖 3-21 所示。完成該步驟之后，我們需要建立一個工況 load step，計(jì)算機(jī)分析時會按照這個工況步驟來計(jì)算所需結(jié)果。進(jìn)入 analysis load step 命令界面，輸入一個 name 之后，選中 tpye，在擴(kuò)展欄中找到 normal modes（模態(tài)分析），勾選 method struct 再在后續(xù)擴(kuò)展欄中選中之前創(chuàng)造的 frequency，點(diǎn)擊 creat就完成了創(chuàng)建工步的步驟，詳細(xì)見圖 3-22 所示。圖 3-20圖 3-21183.2.4 計(jì)算 進(jìn)入 analysis optistruct 命令界面，在 input file（輸入文件）中選擇你要保存計(jì)算結(jié)果的文件位置，謹(jǐn)記不能有中文路徑。Export option（輸出選項(xiàng)）選擇 all，run option（運(yùn)行選項(xiàng)）輸入 analysis（分析），memory option（記憶選項(xiàng)）選擇 memory default（默認(rèn)），隨后點(diǎn)擊 optistruct 即可開始分析流程。3.2.5 分析結(jié)果若之前的步驟完全沒有錯誤。則計(jì)算完成時則會提示 analysis completed（計(jì)算完成），若遇到錯誤，則會提示 the processing meet error（過程遇到錯誤），若遇到錯誤，可以去之前設(shè)置保存文件的位置到后綴為 out 的文件，用記事本打開之后可以看到錯誤報(bào)告。完成計(jì)算之后，關(guān)掉計(jì)算頁面并并進(jìn)入 post deformed 命令界面，界面如圖 3-23 所示。Simulation（模擬）中可以選擇頻率階數(shù)，該零件從第七階開始分析故選擇七階。Date type （數(shù)據(jù)類型）選擇 eigen vector（特征向量），model untis（模型單元）選擇 10，點(diǎn)擊 contour 再點(diǎn)擊 liner，則會顯示計(jì)算結(jié)果。本文中計(jì)算了 10 階振動頻率，前六階為剛體模態(tài)，故這里選用后四階頻率。后四階振動最大頻率用圖表 3-24 顯示。圖 3-22圖 3-2319圖 3-25 圖 3-26圖 3-27 圖 3-28模態(tài)階數(shù) 振動類型 固有頻率7 階 彎曲振動 29.3 赫茲8 階 扭轉(zhuǎn)振動 33.3 赫茲9 階 扭轉(zhuǎn)振動 43.9 赫茲10 階 彎曲振動 56.9 赫茲3.2.6 云圖展示7 階振動頻率為 29.3 赫茲時，車門振動主要是彎曲振動，意為達(dá)到 7 階頻率時，車門產(chǎn)生了彎曲變形，稱為七階變形，如圖 3-25，圖 3-26 所示。左圖為變形云圖，紅色為變形部位，灰色為原零件。從圖可以看出雖然整個車框都有產(chǎn)生變形，但是車門中央部位變形最為嚴(yán)重，非常契合右圖應(yīng)變云圖中的結(jié)果。8 階振動頻率為 33.3 赫茲，車門主要為扭轉(zhuǎn)變形。附應(yīng)力變型圖。如 圖 3-27、圖 3-28 所示。圖表 3-24209 階振動頻率為 43.9 赫茲，車門主要為扭轉(zhuǎn)變形，附應(yīng)力、變形云圖，如圖 3-28、圖 3-29 所示。10 階振動頻率為 56.9 赫茲，車門主要為彎曲變形，附應(yīng)力、變形云圖，如圖 3-30、圖 3-31 所示。3.3 車門下垂剛度有限元分析3.3.1 剛度的介紹所謂剛度就是機(jī)構(gòu)或者材料在受力時抵抗變形的能力，是一種衡量材料受力變形的難易度的一個物理量，也是材料在靜力學(xué)分析中最重要的一個物理量。在靜載荷下抵抗變形的能力為靜剛度，反之在動載荷下抵抗變形的能力為動剛度。3.3.2 剛度分析的介紹剛度分析在汽車件中非常常見，比如保險(xiǎn)杠的剛度分析，當(dāng)我們約束住零件連接處或者接觸處的自由度并且給予零件一個外力之后，輸入計(jì)算步驟邊可以客觀的顯示出被分析件在承受力時產(chǎn)生的變形和最大應(yīng)力，可以成為優(yōu)化設(shè)計(jì)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。圖 3-28 圖 3-29圖 3-30 圖 3-31213.3.3 邊界條件與載荷的創(chuàng)建與輸入邊界條件意為約束條件，我們需要在網(wǎng)格中確定幾個 node 作為限制點(diǎn)，限制其 1 個或者多個自由度從而達(dá)到限制整個零件的作用。載荷亦為同理，需要選中部分 node 施加作用力，作用力通過節(jié)點(diǎn)到達(dá)整個零件達(dá)到影響效果。我們點(diǎn)擊 load collector 按鍵，進(jìn)入界面之后，在 name 處輸入 spc（約束），card image 選擇 no card image，點(diǎn)擊創(chuàng)建。之后我們把 spc 層設(shè)為當(dāng)前層。完成之后我們點(diǎn)擊 analysis constraints，進(jìn)入操作界面，操作界面如下圖 3-32 所示。利用 shift 加鼠標(biāo)左鍵框選我們需要約束的點(diǎn)之后，我們可以在操作界面的右邊進(jìn)行約束操作。dof1、dof2、dof3、 dof4、dof 5、do6 分別對應(yīng)了 x軸移動自由度、y 軸移動自由度、z 軸移動自由度、x 軸旋轉(zhuǎn)自由度、y 軸旋轉(zhuǎn)自由度、z 軸旋轉(zhuǎn)自由度，勾選表示限制該自由度。Size 欄表示顯示該約束的比例大小，左下方的復(fù)選欄表示持續(xù)不斷的量。如果間歇約束的施加可以更改選項(xiàng)。而本文所分析零件車門是通過鉸鏈與車鎖進(jìn)行鏈接的，故我們先用剛性單元模擬出鉸鏈鏈接。在快捷鍵 f4 中點(diǎn)擊 three node 欄，再選中鉸鏈孔一周的三個網(wǎng)格點(diǎn)擊 circle center（圓中心）之后可以在圓心處添加臨時 node，再通過 tool translate 功能，將圓心 node 平移出網(wǎng)格，再在 1d rigids 中將圓中心 node 與鉸鏈圓外圍的一圈 node 做剛性單元鏈接，再在中心node 上限制其六個自由度如下圖 3-33 所示。本文中鉸鏈 z 方向的轉(zhuǎn)動自由度放開，而車鎖亦是全約束。自此邊界條件創(chuàng)建完成。由于我們是研究車門下垂剛度分析，故我們不能簡簡單單得在圖 3-32圖 3-3322analysis force 中隨意的在所有 node 上施加一個垂直向下的力。我們需要創(chuàng)建一個重力場來模擬重力下垂。首先我們選擇 load collectoer 按鍵，進(jìn)入界面之后在 name 欄輸入 gravity（重力），隨意選擇一個顏色之后在后方 card image 中選擇 GRAV（重力英文縮寫）點(diǎn)擊 creat/edit ，此時彈出的操作界面如下圖 3-34 所示。其中 g 選擇 9800，因?yàn)?HM 中加速度 G 對應(yīng)的的單位是 T（噸）不是 KG,故在數(shù)值上要大 1000 倍 ， n1 代表 x 方向， n2 代表 y 方向，n3 代表 z 方向，這里我們輸入 0,0,-1 代表在 z 的負(fù)方向上添加一個 1g 的重力加速度，但是若我們要模擬車身顛簸情況下車門下垂模擬時，我們應(yīng)該添加大于 1 倍的重力，這時候只要把 n3 由-1 改成- 2 （兩倍重力）就能達(dá)到預(yù)設(shè)效果。完成重力場和約束的加載之后，我們需要設(shè)置工步（load step）來讓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)入 analysis load step 命令界面，在 name 輸入名稱之后，在后方的分析類型中選擇 linear static（線性分析），在 spc 擴(kuò)選欄中選中我們的