汽車車橋CAE 軟件設計及接口技術研究

2013-06-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

隨著汽車制造技術與汽車市場的發展,汽車制造向規模化和經濟化方向發展,越來越多的車輛設計超越了現行有關規范的規定,需要利用有限元直接計算的手段來評估車輛安全性。這類計算有的選用國內自主開發的軟件,有的采用各汽車制造公司的結構計算軟件。MSC 公司的系列軟件在我國汽車結構計算中占據著非常廣泛的市場。然而,直接應用這一類通用有限元軟件分析車輛結構需要較高的有限元技巧和較長建模時間,這種方式不能滿足現實車輛設計制造的要求,也不具備處理突發事件的能力。在采用有限元法研究某公司生產的車橋工程問題時,對同一類型不同幾何尺寸的車橋,需要采用不同的有限元模型,建模的工作量很大,考慮到車橋的類型相對穩定,拓撲結構沒有發生重大改變,這樣建模與分析過程中有許多重復性的工作,耗費大量寶貴的時間。為解決這個問題,采用Visual C ++ 、PCL 語言結合會話文件對MSC. Patran 進行二次開發,同時采用UG 進行參數化建模,使得開發的功能模塊實現了結構建模與分析的參數化,且具有齊全的前、后處理功能。

    1 Patran 與PCL 語言的功能特點

Patran 運行時,所有的操作都會記錄在會話文件(session file,. ses 文件)中,系統默認為pantran. ses. 01每次啟動時版本編號自動遞增。也可以將一段時間的操作記錄在某個指定的會話文件中。會話文件中記錄的操作可以通過回放的形式重做,里面也可以嵌入變量、函數定義等PCL 程序段,會話文件的這個功能為開發PCL 程序提供了方便,通過修改會話文件使建模過程程序化,工作效率能夠得到較大的提高。此外,日志文件(journal file,. jou 文件)中會保存整個模型數據庫db 文件的建模過程,利用它也可以重建模型數據庫。

PCL(patran command language)語言的語法類似C 語言,它提供一般高級語言所有的大部分數據類型。PCL 命令語言是集成于MSC. Patran 中的一個高級化、模塊化結構的全功能計算機編程語言和用戶自定義工具,可以讓用戶在MSC. Patran 軟件系統中集成自編開發的分析程序或特定的圖形界面。為了利用MSC.Patran 的前后處理功能,MSC 提供了一系列的PCL 函數,用來從MSC. Patran 的數據庫中讀取數據并生成計算時所需的數據輸入文件,以及將結果文件的數據寫入MSC. Patran 的數據庫中,供MSC. Patran 進行前后處理。開發用戶界面的目的是為了將這些自編譯的函數集中起來,通過直觀的圖形界面進行交互,方便使用。

從功能上說,PCL 語言可以實現一般高級語言所能實現的大部分功能,同時它還提供與Fortran 和C 的訪問接口;另一方面,也由于PCL 語言與MSC. Patran的緊密關系,應用PCL 語言作為MSC. Patran 的開發工具是必然的選擇。應用PCL 可以開發出界面漂亮、功能強大的應用程序。現在,幾乎所有的分析仿真軟件都采用PCL 語言作為工具,建立了與Patran 的集成關系,有的也直接將Patran 作為分析系統的前后處理器。

    2 應力計算分析。

對車橋進行應力計算分析以保證其有足夠的強度和剛度,不同工況計算應力如下:

汽車車橋CAE 軟件設計及接口技術研究+學習資料圖片1

    2. 1 最大牽引力P_k= P_kmax工況

    受力分析如圖1 所示。彎曲應力為:

    式中:N₁- 反作用力;L- 車輪到彈簧板距離;W - 橋殼抗彎斷面模數;Ф- 附著系數。其扭矩應力т 為:

    т= N₁Фr_d/W_n

    式中:r_d- 車輪動力半徑,r_d = M_L/P_k- P_f,Pk- 牽引力;P_k- 行使阻力,M_L-作用在車輪上扭矩;W_n- 橋殼扭轉面模數。

    因此橋殼在最大牽引力P_kmax的工況下受到的彎扭復合應力σ_a為:

     2.2 緊急制動工況

    合成彎曲應力σ' 為:

    式中:K- 橋殼上的重量分配系數;

    G- 靜載滿載時橋殼受到的載荷。

    扭應力т':

    т' = M'_n/W_n= KGФrd/2W_n

    則緊急制動工況下復合應力:

   2. 3 凸凹不平路面行駛工況

在不平路面行駛時動載荷引起的垂直反力N₃( 方向與圖1中的反力N₁一致)達到最大時:

     N₃=K'G/2W

    式中:K'- 動載荷系數,一般K' = 2 ~ 3。則彎曲應力σ_c為:

    σ_c=K'GL/2W

    以上三種工況下取最大應力:

               σmax = max[σ_a,σ_b,σ_c]

    應使 σ_max =[σ]。

上述傳統算法,只能算出某一斷面的應力平均值,而不能完全反映橋殼上應力及其分布的真實情況。因此,它僅用于橋殼強度的演算,或用作與其他車型的橋殼強度進行比較,而不能用于計算橋殼上某點(例如應力集中點)的真實應力值。使用有限元法對驅動橋殼進行強度分析,就可以得到比較詳細的應力與應變的分布情況,同時利用開發的軟件可實現模型的建立和后處理,對不同參數車橋可以通過軟件可以計算出其應力分布情況。