后桥有限元分析

i后桥的有限元分析及模态中性文件生成1.1HYPERMESH软件介绍本文中对汽车扭转梁式后桥进行有限元分析以及生成ADAMS需要的模态中性文件，使用到的是美国Altair公司的HYPERMESH软件，该软件是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。在CAE领域，Hypermesh最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理功能和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80%的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。HyperMesh是一个高性能的有限元前后处理器，它能让CAE分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他的有限元前后处理器比较，HyperMesh的图形用户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维CAD几何模型（G,Pro/E,CATIA等）已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高，可以大大减少很多重复性的工作，使得CAE分析工程师能够投入更多的精力和时间到分析计算工作上去。同样，Hypermesh也具有先进的后处理功能，可以保证形象地表现各种各样的复杂的仿真结果，如云图，曲线标和动画等。在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。其他很多有限元前处理软件对于一些复杂的，大规模的模型在读取数据时候，需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，这样后续的CAE分析工作就无法进行；而如果采用Hypermesh，其强大的几何处理能力使得Hypermesh可以很快的读取那些结构非常复杂，规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多应用其他前后处理软件很难或者不能解决的问题变得迎刃而解。以下是HyperMesh软件与其他有限元分析前处理软件比较时所具有的鲜明的特点.八、、：1.总体优势•通过高性能的有限元建模和后处理大大缩短工程分析的周期。•直观的图形用户界面和先进的特性减少学习的时间并提高效率。•直接输入CAD几何模型及有限元模型，减少用于建模的重复工作和费用。•高速度、高质量的自动网格划分极大地简化复杂几何的有限元建模过程。•在一个集成的系统内支持范围广泛的求解器，确保在任何特定的情形下都能使用适用的求解器。•极高的性价比使您的软件投资得到最好的回报。•高度可定制性更进一步提高效率。定制HyperMesh使其适合您的环境，提高您的效率宏：用户可以创建宏以自动运行一系列操作。I定制用户界面：通过简便的步骤重新布置HyperMesh菜单系统!输出模板：通过模板可以将HyperMesh数据输出为其他求解器和程序可读的格式。IIIII输入转换器：通过增加您自己的输入转换器，可以扩展HyperMesh对其他分析软1件数据的支持。II结果转换器：应用提供的工具可以创建专用的转换器，将特殊的分析结果转化成IIHyperMesh结果格式。12.CAD接口及几何模型整理IHyperMesh具有工业界王要的CAD数据格式接口。可以直接把已经生成的三维II实体模型导入到Hypermesh中，而且一般导入的模型的质量都很高，基本上不I装太需要对模型进行修复，这样就大大方便了CAE工程师对模型的处理IIHypermesh与各种CAD软件具有良好的集成性，可以集成的CAD图形标准如下：I（Hypermesh的最新版本与这些CAD系统的最新版本保持兼容。）IIUG（可以直接读取UG/NX和UG/18生成的几何实体）'Pro/E（可以直接读取Pro/E野火版生成的几何实体）订ICATIA（HP，IBM，WIN，SUN，SGI）V5.0版本IIACISIIDESDXFI!I-DEASII线IGESiIINCAI■PATRANIIPDGSIVDAFS等I-Hypermesh还包含一系列工具，用于整理和改进输入的几何模型。输入的几何模II型可能会有间隙、重叠和缺损，这些会妨碍高质量网格的自动划分。通过消除缺损和I孑L，以及压缩相邻曲面的边界等，您可以在模型内更大、更合理的区域划分网格，从II而提高网格划分的总体速度和质量。同时具有云图显示网格质量、单兀质量跟踪检查I等方便的工具，可以及时检查并改进网格质量。II3.模型的创建和编辑在建立和编辑模型方面，HyperMesh提供用户一整套高度先进、完善的、易于使用的工具包。对于2D和3D建模，用户可以使用各种网格生成模板以及强大的自动网格划分模块。HyperMesh的自动网格划分模块提供用户一个智能的网格生成工具，同时可以交互调整每一个曲面或边界的网格参数，包括单元密度，单元长度变化趋势，网格划分算法等等。|HyperMesh也可以快速地用高质量的一阶或二阶四面体单元自动划分封闭的区!域。四面体自动网格划分模块应用强大的AFLR算法。用户可以根据结构和CFD建模-需要来单元增长选项，选择浮动或固定边界三角形单元和重新划分局部区域。|4.强大的后处理功能!HyperMesh提供完备的后处理功能组件，让您轻松、准确地理解并表达复杂的仿真结果。■HyperMesh具有完善的可视化功能，使用等值面、变形、云图、瞬变、矢量图和截面云图等表现结果。它也支持变形、线性、复合以及瞬变动画显示。另外可以直接■:生成BMP、JPG、EPS、TIFF等格式的图形文件及通用的动画格式。这些特性结合友好的用户界面使您迅速找到问题所在，同时有助于缩短评估结果的过程。I装5.求解器接口■:HyperMesh支持很多不同的求解器输入输出格式，这样在利用Hypermesh划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式，从而利用I相应的求解器进行计算。Hypermesh所具有的非常良好的求解器接口功能，使得Hype■'rmesh可以作为企业统一的CAE应用平台，即统一利用Hypermsh进仃网格划分，然后订对于不同的问题利用不同的求解器进行求解，这样CAE工程师也可以很方便的进行数据文件的管理，可以大大提高分析效率。:Hypermesh支持各种主流的有限元分析软件，可以支持的求解器如下：■（Hypermesh的最新版本与这些有限元求解器的最新版本保持兼容。）I线ABAQUSANSYSI■AutoDYIC-MOLDIDYTRANI■:LS-DYNA3D■LS-NIKE3DIMADYMOI■MARC!MOLDFLOWIMSC/NASTRANAnsoftCSA/NASTRANOPTISTRUCTPAM-CRASHPATRANRADIOSSSpotweldVPG等1.2后桥网格划分1.2.1几何清理将后桥的Pro/E模型导入HYPERMESH会发现，有些面之间断开了没有连续。而且像小半径倒圆角、边倒角和小孔的特征很多，这些特征对网格质量影响非常大，但是对仿真计算的结果几乎没有影响，因此这些特征在前期就会被去除掉，当然，如果对网格质量没有影响的小特征可以选择保留，毕竟这样会更接近实物模型。下图所示为导入HYPERMESH之后的后桥模型。图XHYPERMESH中的后桥模型1.2.2抽取中面从后桥的模型可以看到，其在两个方向上的尺寸远大于第三个方向上的尺寸。也就是说后桥模型可以分成很多块等厚度的板状或者管状结构，对于这划分这样结构的网格，通常的做法是抽取模型的中面，然后在中面上划分网格。下图所示为后桥的中面。

图XHYPERMESH中抽取的后桥中面1.2.3补面从后桥实物上可以看到，左右两块加强板、弹簧下支座、减振器下支座和扭转梁之间都是焊接起来的。抽取中面之后在模型焊接的地方存在4〜10mm不等的间隙，为了保证之后网格的连续性，需要在断开的地方补面。操作的方法是：拾取一边界上的轮廓线，将之投影到需要连接的面上，然后在两条边界线之间创建连接面，如下图所示：

图X红色显示的为连接面1.2.4属性定义和网格划分网格划分之前要定义材料，材料为Q345,杨氏模量E=206Gp",泊松比“=0.3,密度p=7.9t/mm3（HYPERMESH中密度单位是吨/立方毫米）。在HYPERMESH中2D面板一AUTOMESH-QIOPTIMIZE自动优化划分网格。网格单元和参数如下图和表所示：图X后桥有限元网格表X后桥网格参数网格类型网格单元大小网格数量节点数量后桥QUADS5mm22636228471.3后桥模态中性文件（MNF文件）生成在ADAMS中建立柔性体有两种方法：A.自动柔性化法：ADAMS提供两种自动柔性件生成方法，对于外形简单的构件，可以来用直接生成柔性件的方法，即拉伸模式（Extrusion）；对于外形复杂的构件，可以采用先建刚性件，再进行网格划分的模式，即构件网格模式（Solid）B.引入模态中性文件法：ADAMS可以使用任何有限元模型作为ADAMS/Flex中的柔性体，如MSC/NASTRAN,ANSYS,HYPERMESH-MOTIONVIEW,ABAQUS,I-DEAS等有限元分析软件生成的模型。在ADAMS中导人模态中性文件以后，ADAMS/Flex会将柔性体放在整体惯性坐标系的原点上，并且与模型中其它零件没有任何关系。接下来要在柔性体与零件之间施加约束、作用力，有时要通过使用无质量（或者质量非常小）连接物体来间接施加。在本文中采用第二种方法，在HYPERMESH软件中划分网格，然后使用OPTISTRUCT求解器生成H3D文件，将H3D文件导入MOTIONVIEW软件中生成模态中性文件。1.3.1MOTIONVIEW软件介绍MotionView是澳汰尔公司开发的新一代多体动力学仿真分析软件，是一个通用的多体动力学仿真前处理器和可视化工具，采用完全开放的程序架构，可以实现高度的流程自动化和客户化定制。它具有简洁友好的界面，高效的建模语言（MDL），同时也是第一款支持多求解器输出的多体动力学软件，可以将模型直接输出成ADAMS、DADS、ABAQUS和NASTRAN等多种求解格式文件，或直接由MotionSolve求解。MotionView对柔体系统来说是一个强大的前后处理器。用户可以调用OptiStruct生成柔体模型，在窗口中定义柔体的各种属性和界面点，将其添加到MDL模型中，最后将组合到一起的刚体和柔体模型进行仿真分析和动画显示。MotionView完全集成在HyperWorks框架中，因此即使没有FEA输入文件，也能够完成柔体的创建。无论对柔体或者组合的刚柔体，用户都可以进行间隔的或连续的动画显示，也可以利用MotionView中的其他动画功能，例如云图和测量等。1.3.2在软件MOTIONVIEW中生成MNF文件后桥在整车位置上会车身、弹簧、减振器和车轮相连接，在软件中通过RBE2来模拟。在软件中输入各硬点的坐标，然后通过RBE2与周围的网格节点相连接。在生成的MNF文件中在硬点的地方就会生成主节点（InterfaceNode），ADAMS软件中可以直接在主节点的地方添加约束或力和力矩。各硬点坐标如下表所示：表X

图X图X主节点和RBE2连接副的位置在OPTISTRUCT求解之后得到的H3D文件，然后在MOTIONVIEW，在Flextools下面选择FlexPrep命令，将H3D直接转为MNF文件，下图表所示为后桥的模态信息：Units:KILOGRAMHILLIHETERSECONDNEWTONMassUnitsLengthUnitsTimeUnitsForceUnitsMass:17.6688472545CenterofMass:22210000408371-5.52153990