基于ANSYS的轿车引擎盖有限元分析

汽车车身结构与设计课程设计 题 目 基于ANSYS的轿车引擎盖 有限元分析 前言有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限元分析的常用软件是ANSYS。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS 的技术涵盖多个学科领域。不论是需要结构分析、流体、热力、电磁学、显式分析、系统仿真还是数据管理，ANSYS 的产品均能为各个行业的企业取得成功助一臂之力。ANSYS 在所提供的工程仿真工具的广度和数量上堪称绝无仅有。ANSYS 的成套产品极具灵活性。不论是为企业中新手还是能手使用；是单套部署还是企业级部署；是首次通过还是复杂分析；是桌面计算、并行计算还是多核计算，这一工程设计的高扩展性均能满足当前与未来的需求。ANSYS 是唯一一家能提供客户所需能力水平的仿真软件供应商，而且能随此类需求的发展无限扩展。引擎盖的作用有空气导流，保护发动机及周边管线配件，美观，辅助驾驶视觉，防止意外，特殊用途平台等。引擎盖在汽车车身结构中起着重要作用，有必要使用有限元法对其进行分析，使其达到应有的最佳性能。目录1、引擎盖结构及作用12、用PRO/E对引擎盖建模13、引擎盖有限元分析43.1启动Workbench并建立分析项目43.2导入引擎盖43.3添加材料库43.4划分网格53.5施加固定约束53.6结果后处理63.7求解并显示求解结果61、引擎盖结构及作用 引擎盖通常是一整块钢板整体一次冲压成型的壳体结构。引擎盖的作用主要有：1、空气导流。对于在空气中高速运动物体，气流在运动物体周边产生的空气阻力和扰流会直接影响运动轨迹和运动速度，通过引擎盖外形可有效调整空气相对汽车运动时的流动方向和对车产生的阻碍力作用，减小气流对车得影响。通过导流，空气阻力可分解成有益力，力高前轮轮胎对地的力量，有利于车的行驶稳定。流线型引擎盖外观基本是依照这个原理设计的。2、保护发动机及周边管线配件等。引擎盖下，都是汽车重要的组成部分，包括发动机、电路、油路、刹车系统以及传动系统等等。对车辆至关重要。通过提高引擎盖强度和构造，可充分防止冲击、腐蚀、雨水、及电干扰等不利影响，充分保护车辆的正常工作。3、美观。车辆外观设计是车辆价值的一个直观体现，引擎盖作为整体外观的一个重要组成部分，有着至关重要的作用，赏心悦目，体现整体汽车的概念。4 、辅助驾驶视觉。驾驶员在驾驶汽车过程中，前方视线和自然光的反射对驾驶员正确判断路面和前方状况至关重要，通过引擎盖的外形可有效调整反射光线方向和形式，从而降低光线对驾驶员的影响。5 、防止意外。引擎工作在高温高压易燃环境下，存在由于过热或者是原件意外损坏而发生爆炸或者是燃烧、泄露等事故，引擎盖可有效阻挡因爆炸引起的伤害，起到防护盾作用。有效阻隔空气和阻止火焰的蔓延，降低燃烧风险和损失。6、 特殊用途平台。特种车辆中，有利用高强度引擎盖作为工作平台，起到支撑作用。2、用PRO/E对引擎盖建模打开PRO/E，点击草绘出图2.1曲线，然后确定。 图2.1点击草绘出图2.2曲线，然后确定。 图2.2点击插入基准平面DTM1，如图2.3，然后确定。 图2.3点击，草绘出曲线，如图2.4，然后确定。 图2.4点击，选中图2.4中四条曲线，进行边界混合，然后确定。点击，插入基准平面DTM2，如图2.5，然后确定。 图2.5点击，分别草绘出图2.6所示三条红色的曲线，然后确定。 图2.6点击，选如图2.7所示红色区域进行边界混合，然后确定。 图2.7点击，把上一步区域镜像如图2.8，然后确定。 图2.8为了配合前挡风玻璃，需把引擎盖后端切除一部分。点击，将如图2.9黄色部分切除，点击移除材料，然后确定。 图2.9最终引擎盖成型，如图2.10。 图2.103、引擎盖有限元分析3.1启动Workbench并建立分析项目在windows系统下执行“开始”“所有程序”ANSYS13.0workbench命令，启动ANSYS Workbench 13.0，进入主界面。在ANSYS Workbench主界面中选择Units（单位）Metric(kg,m,s,A,N,V)命令，设置模型单位。双击主界面Toolbox（工具箱）中的Component SystemsGeometry（几何体）选项即可在项目管理区创建分析项目A。在工具箱的Analysis SystemsModal上按住鼠标左键拖拽到项目管理区中，当项目A的Geometry红色高亮显示时，放开鼠标创建项目B，此时相关联的数据可共享。3.2导入引擎盖在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import GeometryBrowse命令，此时会弹出“打开”对话框。在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入文件，此时“？”变成“”表示实体模型已经存在。双击项目A中的A2栏Geometry，此时会进入到DM界面，设计树中Import1钱显示，表示需要生成，图形窗口中没有图形显示。单击Generate（生成）按钮，即可显示生成的几何体。单击DM界面右上角的关闭按钮，退出DM，返回到Workbench主界面。3.3添加材料库双击项目B中的B2栏Engineering Data项，进入材料参数设置界面。在界面空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources命令。在Engineering Data Sources表中选择A3栏General Materials，然后单击Outline of Favorites表中B12栏的加号按钮。3.4划分网格选中分析树中的Mesh项，单击Mesh工具栏中的Mesh ControlSizing命令，为网格划分添加尺寸控制。单击图形工具栏选择模式下的Box Select按钮，然后再单击选择面按钮。在分析树中的Mesh选项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，此时会弹出进度显示条，表示网格正在划分，效果如图3.1。 图3.13.5施加固定约束选择分析树中的Static Structural（B5）项，单击Environment工具栏中的SupportsFixed Support命令，为模型添加约束。单击图形工具栏选择模式下的Single Select按钮，然后再单击选择面按钮。在图形窗口中选择好面，在参数设置列表中单击Geometry后的Apply按钮，完成选择。如图3-2。图3.23.6结果后处理项下可以设置求解模态数，求解方法等选项，采用默认设置，求解模型的前六阶模态选择Mechanical界面左侧Outline（分析树）中的Solution（B6）选项，此时会出现Solution工具栏。求解总变形：选择Solution工具栏中的Deformation（变形）Total命令，此时会在分析树中会出现Total Deformation（总变形）选项。单击F2快捷键，更名为Total Deformation-Mode 1，并在参数设计列表中设置参数Mode为1。利用同样的方法，添加其他的模态求解项，Total Deformation-Mode 2对应二阶模态，Total Deformation-Mode 3对应三阶模态，依次类推。3.7求解并显示求解结果在Outline（分析树）中的Solution（B6）选项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Solve（求解）命令，此时会弹出进度条，表示正在求解，求解完后进度条自动消失。选择Outline（分析树）中Solution（B6）下的Total Deformation-Mode 1选项时，此时在图形窗口中会出现一阶模态振型。利用同样的方法观察其他各阶模态振型。如图3.3，图3.4，图3.5，图3.6，图3.7，图3.8. 图3.3一阶模态振型图3.4二阶模态振型 图3.5 三阶模态振型 图3.6 四阶模态振型 图3.7五阶模态振型 图3.8六阶模态振型结语短短两周的课程设计即将结束，本学期也即将画上了圆满的句号。在这次设计过程中得到了许多同学的热心指导，在此表示衷心的谢意！通过这次课程设计，使自己更加清醒地认识到知识的无穷无尽以及自己所学的微小。在实习中学到了许多书上所没有的东西，知识面得到了极大的扩展和丰富，特别是一些与实际联系密切的问题，通过这些，使我的专业知识更加坚实。课程设计是对我们本学期所学知识的一次总结，同时也是对我们各种能力的一次考验。设计过程中通过初步尝试、发现问题、寻找解决方法、确定方案的步骤，逐渐培养了我们独立思考问题的能力和创新能力，同时也是我们更加熟悉了一些基本的机械设计知识。本次设计运用了我们所学的汽车车身设计和有限元分析，以及必要的软件-Pro/E和Ansys。通过设计巩固了理论知识，接触了实际经验，提高了设计能力和查阅文献的能力，为今后工作最后一次在学校充电。在我结束课程设计的同时，也即将结束我的大学生活。这意味着我