HyperWorks 在汽車零部件有限元分析中的應(yīng)用

1、HyperWorks 在汽車零部件有限元分析中的應(yīng)用         1 概述        隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的日趨成熟，設(shè)計(jì)人員迫切需要一種能對(duì)所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行快速、精確評(píng)價(jià)分析的工具，而不再僅僅依靠以往積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)去估計(jì)。Altair 公司HyperWorks 軟件正是這樣一個(gè)有效的工具。他能與常用的 CAD 軟件相集成，實(shí)現(xiàn)"設(shè)計(jì)校核再設(shè)計(jì)"的功能，可以輕松的直接從 CAD 軟件中讀取幾何文件，并將最終的仿真計(jì)算結(jié)果反饋到 C

2、AD 幾何模型的設(shè)計(jì)中。同時(shí)由于有限元計(jì)算的高精度，可以減少試驗(yàn)次數(shù)，大大降低產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。        本文通過兩個(gè)案例，闡述了如何利用 HyperWorks 軟件簡(jiǎn)化邊界條件及計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并通過與理論解的對(duì)比，驗(yàn)證 HyperWorks 軟件在有限元計(jì)算方面的準(zhǔn)確性。        2 案例一：摩擦片從動(dòng)盤的強(qiáng)度計(jì)算        由于摩擦片的形狀比較特殊，九個(gè)葉片和

3、內(nèi)部八根加強(qiáng)筋呈同心圓分布，本案例介紹了如何靈活使用簡(jiǎn)化方法劃分有限元網(wǎng)格及簡(jiǎn)化加載。摩擦片從動(dòng)盤的幾何模型如圖 1 所示。        2.1 摩擦片從動(dòng)盤有限元模型的建立        由上述圖 1 可見，摩擦片從動(dòng)盤的九個(gè)葉片和八根加強(qiáng)筋呈同心圓分布，因此在劃分此摩擦片從動(dòng)盤有限元模型時(shí)可以將劃分過程分成兩部分：內(nèi)圈加強(qiáng)筋部分和葉片部分，在接合部分進(jìn)行局部修改縫合。首先可以將內(nèi)圈幾何模型分成八部分，葉片分成九部分，分別選取其中的一片進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖 2 所

4、示。再使用 HyperMesh 的旋轉(zhuǎn)功能 Rotate 劃分出整個(gè)網(wǎng)格，最后進(jìn)行局部縫合，這樣，整個(gè)摩擦片從動(dòng)盤的 2D 網(wǎng)格就完成了，繼續(xù)使用3D 中的拉伸功能，完整的三維網(wǎng)格就建立成功了，如圖 3 所示。        2.2 材料和邊界條件        該摩擦片從動(dòng)盤采用 QT450 制成，其材料參數(shù)如表 1 所示。         模型的強(qiáng)度不僅與模型的建立有關(guān)，還和模型邊界條件的定義

5、有密切關(guān)系。上述摩擦片在運(yùn)行過程中靠外圍的九個(gè)葉片的相互摩擦來(lái)其到制動(dòng)作用。但是從圖 3 我們可以看出，有限元模型中葉片的單元節(jié)點(diǎn)數(shù)目非常巨大，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力方向都是沿著其切線方向，因此如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都按實(shí)際情況加載，將非常困難。因此我建議將每個(gè)葉片上的載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化，分別在每個(gè)葉片的中部做一個(gè)剛性元，把葉片上所有節(jié)點(diǎn)約束到一起，再分別對(duì)每個(gè)葉片加載，從動(dòng)盤載荷及約束有限元模型如圖 4 所示。        2.3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果        摩擦片從動(dòng)片采用 QT450-10 球墨鑄鐵制成，上下兩面均與主動(dòng)片摩擦，最大受到2500N·M 的扭矩作用。換算后，每個(gè)小片受到 844N 的摩擦力。其 Von Mises 應(yīng)力及應(yīng)變?cè)茍D如圖 5 和圖 6 所示，強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表 2 所示。         2.4 摩擦片從動(dòng)盤計(jì)算結(jié)果分析