基于HyperWorks后部高度傳感器支架剛度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)【轉(zhuǎn)發(fā)】

2018-04-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1概述

汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。現(xiàn)代汽車正由一個(gè)單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全、舒適及無污染的方向發(fā)展。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源,是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研宄的核心內(nèi)容之一。

傳感器支架主要是起到固定傳感器作用的功能,如果傳感器剛度不足,傳感器就不能正常工作,不能提供正常的數(shù)據(jù),會(huì)明顯降低整車的性價(jià)比,也會(huì)給用戶帶來不便。為了更好的模擬實(shí)際工況,考慮了傳感器支架在車輛行駛過程中的受力情況,設(shè)計(jì)了四種工況條件,根據(jù)計(jì)算的位移情況來判斷剛度是否滿足要求,同時(shí)針對(duì)剛度不足的情況提出優(yōu)化建議。

HyperWorks作為高效的CAE軟件集前后處理與求解器于一體,功能全面,操作便捷,因此本文選用HyperMesh建立支架的有限元模型,選用OptiStruct求解器完成對(duì)模型的剛度分析,使用HyperView進(jìn)行后處理得到位移分布云圖,其分析結(jié)果為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考依據(jù)。

2原支架結(jié)構(gòu)剛度分析

2.1 有限元模型的建立

該分析主要是針對(duì)傳感器支架剛度問題,所以將傳感器結(jié)構(gòu)簡化成一個(gè)質(zhì)量點(diǎn),只考慮支架的結(jié)構(gòu)。首先對(duì)CATIA創(chuàng)建的幾何模型,運(yùn)用HyperMesh進(jìn)行幾何清理,最后按照有限元網(wǎng)格劃分規(guī)范對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,模型結(jié)點(diǎn)數(shù)1820,單元數(shù)1728,如圖1所示。

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2.2 材料屬性

計(jì)算中所使用的材料參數(shù)如下:

合金鋼的材料參數(shù):彈性模量:210Gpa,材料密度:7.9e+3kg/m3,泊松比:0.3粘膠材料參數(shù):彈性模量:4GPa,材料密度:1.2e+3kg/m3,泊松比:0.3

長度單位為:mm

2.3 剛度分析及方案改進(jìn)

整車在行駛過程中受到的載荷主要來自路面與發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng),由行駛系統(tǒng)及其連接機(jī)構(gòu)傳到車身各個(gè)部位,所以車輛行駛時(shí)傳感器支架受到的載荷比較復(fù)雜,為了更好的模擬實(shí)車狀態(tài),本文設(shè)計(jì)了在傳感器安裝點(diǎn)區(qū)域分別施加X向、Y向、Z向、法向各100N,以便模擬哪個(gè)方向的受力對(duì)支架剛度影響比較大。相應(yīng)的四種工況如表1所示。將支架和車身連接處約束六個(gè)方向自由度:DOF=123456,傳感器安裝點(diǎn)加載X、Y、Z和法向各100N,如圖2所示。

表1 模型剛度計(jì)算4種工況設(shè)定表

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圖2 計(jì)算模型邊界條件設(shè)定

模型搭建完后采用OptiStruct求解器對(duì)該模型進(jìn)行剛度分析,再運(yùn)用HyperView進(jìn)行后處理得到位移分布云圖以及各工況的剛度值如圖3、表2所示:

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圖3 各工況下支架位移云圖

表2 支架各工況下剛度值

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由表2分析結(jié)果可以看出,支架在各工況下的剛度值基本小于目標(biāo)值,所以在實(shí)車狀態(tài)下,傳感器的位移偏大,主要是由于支架剛度不足造成的,針對(duì)以上問題并根據(jù)Optistruct自帶優(yōu)化功能進(jìn)行了形貌優(yōu)化,最后給出了四種優(yōu)化方案,如圖4所示。

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圖4 四種優(yōu)化方案

3優(yōu)化方案剛度分析

新方案支架剛度分析方法與原方案相同(相同的工況條件),分析結(jié)果如表3所示。

表3 各優(yōu)化方案剛度值

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圖5 方案四各向位移云圖

由分析結(jié)果可以看出,方案四X、Y、Z、N向剛度值都大于目標(biāo)值,滿足設(shè)計(jì)要求,位移云圖如圖5所示。該方案在后續(xù)的實(shí)車驗(yàn)證過程中,未出現(xiàn)位移抖動(dòng)現(xiàn)象。

4結(jié)論

通過對(duì)傳感器支架有限元?jiǎng)偠确治?識(shí)別其抖動(dòng)的原因,并針對(duì)此問題利用軟件本身自帶的功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。方案四剛度明顯高于優(yōu)化前,是一種比較有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,這是HyperWorks軟件在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中的成功應(yīng)用。

基于HyperWorks的CAE技術(shù)在結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用可以尋找或較早地預(yù)測結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)的不足,為設(shè)計(jì)師結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)并指明方向,從而可在設(shè)計(jì)之初對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),減少后期設(shè)計(jì)難度,縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)可靠性。