汽車車身設(shè)計 基于proe的引擎蓋建模

./汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計課程設(shè)計題目基于proe的引擎蓋建模及有限元分析班級M10車輛工程姓名學(xué)號指導(dǎo)教師緒論隨著社會的快速發(fā)展,汽車已成為人類社會生活中不可缺少的工具,汽車工業(yè)已成為許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車工業(yè)是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志,在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位,已被只要工業(yè)發(fā)達(dá)國家和新型工業(yè)國家列為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。中國汽車工業(yè)自1953年起步以來,經(jīng)過50多年的發(fā)展,現(xiàn)已成為汽車生產(chǎn)大國,被國際制造商組織列為世界十大汽車生產(chǎn)國之一。汽車引擎蓋的生產(chǎn)是汽車制造的一個重要生產(chǎn)過程。在板材沖壓成形技術(shù)中,以汽車覆蓋件為代表的大型薄板零件的沖壓成形技術(shù)已發(fā)展成為一個很重要的組成部分。汽車覆蓋件是汽車車身的重要組成零件,分為外覆蓋件和覆蓋件。外覆蓋件指的是汽車車身外部的裸露件,這種零件的特點(diǎn)是涂裝后不能再添加其他的裝飾層。因此,對于外覆蓋件的表面質(zhì)量要求很高。采用有限元法的數(shù)值模擬研究板料成形問題始于20世紀(jì)70年代。1971年,日本學(xué)者Yamada首先將彈塑性有限元方法引入到板料成形模擬中,分析了圓筒形的拉伸問題。同時Hibbitt在Hill有限變形理論基礎(chǔ)上采用拉格朗日描述,建立了大變形彈塑性有限元理論。在國外,早在90年代以前板料成形有限元數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)廠家和模具生產(chǎn)制造公司用來提高產(chǎn)品核心競爭力的必備技術(shù)。.第一章引擎蓋的特點(diǎn)1.1表面質(zhì)量引擎蓋表面上任何微小的缺陷都會在涂漆后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀,因此引擎蓋表面不允許有波紋、折皺、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美觀的缺陷。引擎蓋上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對稱和過度均勻?？傊嫔w不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的功能要求,更要滿足表面裝飾的美觀要求。1.2制造材料采用橡膠發(fā)泡棉和鋁箔材料制造而成,在降低發(fā)動機(jī)噪音的時候,能夠同時隔離由于發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生的熱量,有效保護(hù)引擎蓋表面上的漆面,防止老化。1.3作用1、空氣導(dǎo)流。對于在空氣中高速運(yùn)動物體,氣流在運(yùn)動物體周邊產(chǎn)生的空氣阻力和擾流會直接影響運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度,通過引擎蓋外形可有效調(diào)整空氣相對汽車運(yùn)動時的流動方向和對車產(chǎn)生的阻礙力作用,減小氣流對車得影響。通過導(dǎo)流,空氣阻力可分解成有益力,力高前輪輪胎對地的力量,有利于車的行駛穩(wěn)定。流線型引擎蓋外觀基本是依照這個原理設(shè)計的。2、保護(hù)發(fā)動機(jī)及周邊管線配件等。引擎蓋下,都是汽車重要的組成部分,包括發(fā)動機(jī)、電路、油路、剎車系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)等等。對車輛至關(guān)重要。通過提高引擎蓋強(qiáng)度和構(gòu)造,可充分防止沖擊、腐蝕、雨水、及電干擾等不利影響,充分保護(hù)車輛的正常工作。3、美觀。車輛外觀設(shè)計是車輛價值的一個直觀體現(xiàn),引擎蓋作為整體外觀的一個重要組成部分,有著至關(guān)重要的作用,賞心悅目,體現(xiàn)整體汽車的概念。4、輔助駕駛視覺。駕駛員在駕駛汽車過程中,前方視線和自然光的反射對駕駛員正確判斷路面和前方狀況至關(guān)重要,通過引擎蓋的外形可有效調(diào)整反射光線方向和形式,從而降低光線對駕駛員的影響。5、防止意外。引擎工作在高溫高壓易燃環(huán)境下,存在由于過熱或者是原件意外損壞而發(fā)生爆炸或者是燃燒、泄露等事故,引擎蓋可有效阻擋因爆炸引起的傷害,起到防護(hù)盾作用。有效阻隔空氣和阻止火焰的蔓延,降低燃燒風(fēng)險和損失。6、特殊用途平臺。特種車輛中,有利用高強(qiáng)度引擎蓋作為工作平臺,起到支撐作用。.第2章引擎蓋結(jié)構(gòu)及其簡化模型2.1研究對象研究對象是現(xiàn)代轎車普遍采用的引擎蓋,本次研究選取的大眾帕薩特2003款轎車〔見圖1.1的引擎蓋作為研究對象,來進(jìn)行簡化研究。簡化的引擎蓋模型是一種假設(shè),對這一假設(shè)進(jìn)行基于ANSYS的有限元分析,檢驗該車門結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、可靠性以及是否滿足各項技術(shù)性能的要求,為引擎蓋的設(shè)計和優(yōu)化提供思路和參考依據(jù)。圖1.12.2簡化原則和步驟原則：<1>盡量減小建模的復(fù)雜度；<2>盡量不引起結(jié)構(gòu)的剛度改變。步驟：<1>將對于結(jié)構(gòu)剛度影響較小的附件除去,減少的重量用施加的力補(bǔ)上。<2>簡化復(fù)雜結(jié)構(gòu)。.第3章在PROE中建立引擎蓋三維模型本次研究選取的是大眾帕薩特2003款,經(jīng)實際測量長為144cm,寬100cm,引擎蓋中心頂點(diǎn)到左右圓弧邊長度為74cm,選取厚度為1cm。引擎蓋的整體彎度可看成圓弧形狀,半徑為r=373.79cm。打開proe軟件,進(jìn)行拉伸1操作,按照實際測量尺寸畫弧面進(jìn)行草繪,再進(jìn)行拉伸,如圖3.1圖3.1進(jìn)行拉伸2和拉伸3操作,按照實際車體引擎蓋的形狀,對拉伸1進(jìn)行拉伸操作,將拉伸1進(jìn)行切割,切割2次,得出引擎蓋的大體形狀。見圖3.2、圖3.3、圖3.4和圖3.5。圖3.2圖3.3圖3.4圖3.5進(jìn)行拉伸4操作,按照實際車體引擎蓋的形狀,對引擎蓋上邊角進(jìn)行拉伸切割。如圖3.6和圖3.7。圖3.6圖3.7將proe的prt格式保存為iges格式〔便于在proe軟件繪出的圖形導(dǎo)入ansys軟件中：執(zhí)行操作文件--保存副本命令,再在"保存副本"對話框的文件類型欄選擇"iges"的文件格式保存即可。.第4章在ANSYS中對引擎蓋進(jìn)行研究4.1關(guān)于單位、正負(fù)和方向為了保證單位統(tǒng)一,列出本文所用到的所有單位,如表2-1所示。后文各項數(shù)據(jù)將不再標(biāo)出單位。表2-1單位名稱單位名稱單位長度m力N質(zhì)量kg壓力Pa時間s加速度m/s2彈性模量Pa角度°泊松比無密度kg/m3正負(fù)和方向都取決于ANSYS中的坐標(biāo)系。4.2單元類型的確定對于鈑金件,比較適用的是shell〔殼單元,可以大大節(jié)省計算時間,而且可以達(dá)到較高的精度。如果使用shell單元來做分析,那么必須以面的形式來建立車門裝配模型。筆者已經(jīng)嘗試過用面的形式來建立車門裝配模型,但沒有成功。因為,車門零件之間的連接關(guān)系,在有些情況下不能用面之間的連接來實現(xiàn)。因此,這里采用了solid〔實體單元,也就是用體的形式來建立車門裝配模型,獲得了成功。4.3ANSYS前處理4.3.1導(dǎo)入過程打開ANSYS軟件,proe零件導(dǎo)入ANSYS中：從菜單file>import>IGES如圖4.1,找到之前Pro/E文件的路徑打開。圖4.14.3.2創(chuàng)建有限元模型進(jìn)入前處理器并定義單元類型：選取菜單MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,彈出如圖4.2所示,ElementTypes對話框,單擊按鈕Add,設(shè)置如下：左邊列表框中選擇StructuralShell。右邊列表框中選擇Elastic4node63。Elementtypereferencenumber項輸入1。圖4.2圖4.34.3.3定義單元常數(shù)選取菜單MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,如圖4-2,在RealConstants對話框中單擊Add按鈕,彈出ElementTypeforRealConstants對話框,設(shè)置如下：RealConstantSet項輸入1,即單元實常數(shù)編號為1.TK〔I輸入0.01〔僅僅輸入一個節(jié)點(diǎn)位置的厚度,其他默認(rèn)與節(jié)點(diǎn)I等厚度圖4.44.4.4定義材料屬性選取菜單MalnMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels,彈出DefineMaterialModelBehavior對話框,在右邊MaterialModelsAvailable框中連續(xù)雙擊選擇Structural>linear>Elastic>Isotropic,接著彈出linearIsotropicPropertiesforMaterial…對話框,設(shè)置下列選項。如圖4.5EX項輸入6e10。PRXY項輸入0.3。單擊OK按鈕返回DenneMaterialModelBehavior對話框,選擇該對話框菜單DefineMaterialModelBehavior>Material>Exit。圖4.54.4.5給面分配單元屬性選擇菜單MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,彈出如圖4-4對話框,在ElementAttributes下拉列表中選擇Areas,單擊其后的Set按鈕,彈出AreaAttributes拾取對話框,單擊PickAll按鈕,在AreaAttributes屬性分配對話框,設(shè)置下列選項。MATMaterialnumbers選擇1,即面材料類型為1。REALRealconstantsetnumber選擇1,即面單元實常數(shù)為1。TYPElementtypenumber選擇1shell63,即單元類型為1。ESYSElementcoordinatesys選擇0,即面單元坐標(biāo)系為0號總體直角坐標(biāo)系。4.4.6執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)劃分在MeshTool對話框中,勾選SmartSize,拖動滾動條到4〔數(shù)字即為劃分單元格大小。數(shù)字越大,單元格越大,網(wǎng)格越疏；反之,單元格越小,網(wǎng)格越密,時間也越長。,點(diǎn)擊Mesh,彈出MeshArea拾取對話框,單擊PickAll按鈕執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作。結(jié)果如圖4.6所示。圖4.64.5施加載荷并執(zhí)行求解4.5.1進(jìn)入求解器并選擇分析類型選取菜單MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,彈出NewAnalysis對話框,選擇Static,單擊OK按鈕。圖4.74.5.2設(shè)置載荷步選項選取菜單MainMenu>Solution>AnalysinType>Sol’nControl,選擇Basic選項卡,設(shè)置如下選項：TimeControl的Timeatendofloadstep項輸入1,即終點(diǎn)時間為1。選擇Timeincrement選項,即選擇時間增量控制方法。Timestepsize項輸入0.2,即時間增量為0.2。Frequency項選擇WriteeveryNthsubstep,即所有載荷子步的結(jié)果都輸入結(jié)果文件。單擊OK按鈕。4.5.3施加固定邊界條件Main>Menu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines,彈出ApplyU,ROTonLines拾取對話框,鼠標(biāo)拾取引擎蓋側(cè)邊,單OK按鈕彈出ApplyU,ROTonLines對話框,在列表中選擇AllDOF,其他項默認(rèn)設(shè)置。4.5.4施加面域均布壓力選取菜單MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas,彈出ApplyPRESonAreas拾取對話框,鼠標(biāo)點(diǎn)擊引擎蓋上表面,單擊OK按鈕彈出ApplyPRESonAreas壓力對話框,VALUELoadPRESvalue項輸入2000,其他項默認(rèn)設(shè)置,單擊OK按鈕。圖4.8圖4.9圖4.104.5.5執(zhí)行求解選取菜單MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,彈出SolveCurrentLoadStep對話框,同時彈出/STATCommand窗口。閱讀/STATCommend窗口中的載荷步提示信息,如果發(fā)現(xiàn)存在不正確的提示,單擊/STATCommand窗口菜單/STATCommand>File>Close,關(guān)閉/STATCommand窗口,然后單擊SolveCurrentLoadStep對話框中Cancel按鈕退出求解,修改錯誤之處。當(dāng)/STATCommand窗口中所提示無誤時,同樣關(guān)閉/STATCommand窗口,然后單擊SolveCurrentLoadStep對話框中的OK按鈕執(zhí)行求解。當(dāng)求解結(jié)束時,彈出提示信息對話框顯示"Solutionisdone!",表示求解成功完成。如圖4.11顯示。圖4.114.6觀察總體變形選擇菜單MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contourplot>NodalSolu,彈出ContourNodalSolutionData對話框,如圖4.12設(shè)置下列選項：Itemtobecontoured項選擇NodalSolution>DOFsoulution>Displacementvectorsum,即選擇總位移。Undisplacedshapekey項選擇Deformedshapeonly,即只繪制變形結(jié)果模型。ScaleFactor項選擇AutoCalculated,即變形比例縮放尺寸控制,選擇自動計算變形比例。單擊AdditionalOptions彈出附加選項：ScaleFactorcontactitems項輸入1.0,即結(jié)果項數(shù)值的放大比例系數(shù)。Numberoffacetsperslsmentedge項選擇Corneronly。圖4.12單擊OK按鈕,最終得到圖4.13變形等值圖。圖4.13圖4.144.7結(jié)果分析通過實際的測量和簡化proe三維圖的繪畫,再經(jīng)過ANSYS前處理,施加載荷及后處理后得到有效的變形等值圖,得到的結(jié)果,分析得出此次研究大眾帕薩特2003款汽車的引擎蓋在施加2000N均布壓力的情況下,在形狀突