【座椅导轨及锁紧机构模型建立和强度分析案例3400字】

座椅导轨及锁紧机构模型建立和强度分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u2402座椅导轨及锁紧机构模型建立和强度分析案例 1267451.1有限元分析 1176761.2模型的导入 2140111.3几何模型的处理 2114351.1.1模型检查 216201.1.2抽取中面 2126981.1.3壳单元网格划分 317851.1.5材料和属性的建立 6167591.1.5建立焊点 7249921.2座椅导轨及锁紧机构强度分析 8214781.2.1下导轨锁止强度分析 8327031.2.2上导轨及锁紧机构强度分析 10172541.2.3导轨限位档点强度分析 111.1有限元分析计算机软硬件技术的高速发展，给工业分析、科学研究与社会进步带来重大革命改变，数字模拟就是技术革命在给工业分析、科学研究中的表现形式。数字模拟技术通过计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件迭代发展进步的最新研究成果，根据不同行业的需求，不断扩大数字模拟技术的影响范围、改进、完善。CAE仿真在产品开发明显的特点：CAE仿真分析节省短新产品的开发周期；虚拟技术的引入减少了实物的实验成本及次数；大幅度地降低产品研发成本；在精准地分析结果指导下制造出高水平的产品；能够快速对设计变更作出反应；预先发现潜在的问题；能够精确预测出产品的性能；增加产品和工程的可靠性；大大缩短试验的时间，并大幅节约经费；准确分析查找机械事故原因。1.2模型的导入将绘制的三维实体几何模型进行有限元模型的建立。打开hypermesh软件，进入页面后会自动弹出一个求解器的对话框，本文采用的是OptiStruct求解器，选择后点击确认，如果没有点选或者是选择了其他的求解器，在后面的分析过程中将会出现求解错误或无法求解。然后点击导入，选项导入类型为几何模型，在文件类型这里选择STEP格式，这里的文件格式的选择要根据自己使用什么画图软件来画几何模型，例如用CATIA画的应选择＊．iges格式UG的选择STEP格式，在选择好后，点击类似文件夹的图标，找到要分析的几何模型，点击IMPORT确认。1.3几何模型的处理1.1.1模型检查模型在导入是绝大多数情况下，模型的质量是不会出错出缺面、少线、零部件出现变形等的情况，为了防止出现在导入时出现信息丢失，所以要对模型进行检查并及时对其进行处理。1.1.2抽取中面由于车架是由多个部件组成，所以在抽取中面时，为了后期方便查看和编辑，在树状结构处要先建立一个Components并对其从命名，需要注意的是在抽取中面时要先将新建的Components设为当前组，否则抽出的中面并不是在新建的单元中而是在上一个单元里面，这样不利于附上不同的材料和属性。图3-1为midsurface中面抽取面板，导轨和锁紧机构的结构中，对同一厚度的结构使用该功能进行中面抽取。图3-1中面抽取1.1.3几何清理通常情况下，导入的几何模型可能存在以下缺陷，重复的面、多出的面、太小的面，一些不影响网格质量的小特征，例如小的圆孔、倒角、重复面、产品标志等等，我们应该对这些缺陷进行简化、清理、完善，在Hypermesh中选择Geom面板，使用defeature功能。以下导轨为例，如图3-2、图3-3、所示。图3-2模型修复图3-3简化倒角1.1.3壳单元网格划分导轨和锁紧机构需要不同的网格单元来划分网格，例如下导轨，采用的壳单元，图3-4为自动网格划分面板，网格类型采用高精度quads四边形网格，尺寸大小为2mm，完成下导轨的网格划分，如图3-5所示。图3-4automesh面板图3-5下导轨网格划分在画完网格后要对每一个部件的网格进行检查如图3-6所示；显示红色的网格单元表示该单圆的网格差，显示黄色的网格单元表示为一般，显示深绿的网格表示良好，出现红色和黄色的网格时我就要对这些网格进行优化，使其都达到良好。网格优化的方法有很多种，下面两种使用比较多，也比较方便快捷的方法，第一种是在主菜单区，点选2D，显示2D界面功能区，点选qualityindex进入到查看网格质量的显示图，然后选择cleanuptools出现下图，如图3-7所示；图3-6网格检查REF_Ref38789998\h图3-7网格质量显示图3-8网格质量优化选择选项Elementoptimize，并在网格质量不好的附近单击，就可以对一些网格质量不好地进行自动优化，如图3-8为优化后的网格质量。1.2.43D单元网格划分在锁紧机构中的位置调整杆需要采用3D单元划分网格，3D单元划分网格和2D单元的网格划分完全不同，首先需要对三维实体进行分割，将复杂的几何体分割成一个个简单的几何体，图3-9为3D网格自动划分的面板solidmap，单元大小为2mm，在Visualization菜单中切换Mappable显示，此时模型呈橘红色，如图3-10所示，说明采用solidmap的onevalume是无法进行网格划分，因此采用solidedit的trimwithlines、trimwithplane/surf进行实体的分割，并使用quickedit的toggleedge对实体特征线进行调整，当实体可以进行网格划分时，实体模型呈透明色，如图3-11所示，然后完成该实体网格划分。图3-9网格自动划分图3-10无法进行网格划分图3-11完成实体网格划分1.1.5材料和属性的建立本文研究的车架采用刚作为材料，材料属性通常包括以下几个物理量：密度、泊松比、弹性模量。如表3-1所示：表3-1材料属性材料泊松比弹性模量（Mpa)密度（kg/mm2屈服强度（Mpa）Q235A0.3205.0007.8*10235在Collectors工具栏的Materials进行材料的创建，cardimage选择MAT1，然后对材料的属性进行编辑，完成材料的创建，图3-12、图3-13所示；图3-14为单元属性面板，在Collectors工具栏的Properties进行单元属性创建，cardimage中2D壳单元选择PSHELL，3D则选PSOLID，选上创建好的材料，然后将创建好的单元属性赋予网格。图3-12材料创建面板图3-13材料属性设置图3-14单元属性创建1.1.5建立焊点建立焊点是模拟构件在实际中的连接情况，在建立焊点前需要先建立一个Components，用于存放RBE2的，图3-15为rigids刚性连接面板，在1D菜单栏中使用该功能网格上把两个需要连接到一起部件进行连接，在连接是确保是在RBE2状态。连接完成是图3-16。图3-15刚性连接图3-16连接完成1.2座椅导轨及锁紧机构强度分析因模型结构分析工况的不同，设置的载荷和约束也将不一样，因此将各结构的强度分析分开进行。1.2.1下导轨锁止强度分析下导轨锁止强度分析载荷约束如图3-17所示。图3-17图3-18为constraints约束定义面板，约束下导轨俩端固定点的x、y、z转动和平动的自由度（注1、2、3分别代表x、y、z轴的平动自由度，4、5、6分别代表x、y、z轴的转动自由度），完成对下导轨锁紧状态下的约束。图3-18约束定义面板图3-19为forces集中力施加面板，根据《乘用车座椅用滑轨技术条件QC/T805~—2008》的技术要求，导轨前后锁紧强度要达到5900N后不损坏，锁紧卡片厚度为3mm，下导轨网格大小为1mm，集中力施加节点上，因此，锁紧槽和锁紧卡片接触节点数为8个点，每个节点集中力为737.5N，方向为x向，如图3-20所示。图3-19力施加面板图3-20力的施加将模型提交求解器计算后，在HyperView后处理器中查看分析结果，如图3-21所示，下导轨在锁紧状态下，受到X向5900N的载荷后，产生的最大应力值为351.1MPa，而下导轨所用材料为Q235钢材，屈服极限为235MPa，已超出了钢材的屈服极限，因此，需要对下导轨进行优化。图3-21应力分析结果1.2.2上导轨及锁紧机构强度分析在整个导轨总成中，下导轨为固定导轨，与汽车车身连接，上导轨及锁紧机构为滑动导轨，与座椅连接，导轨锁紧状态中，下导轨的锁紧槽受到载荷时，锁紧卡片也将受到反作用力，因此可以将上导轨进行固定，在锁紧卡片与锁紧槽的接触处施加载荷，模拟锁紧卡片受到的反作用力。约束位置为座椅安装螺母孔位置，约束自由度为x、y、z转动和平动，下导轨厚度为2mm，接触节点数为6个，每个节点集中力为984N，如图3-22、图3-23所示。图3-22约束与载荷图3-23载荷方向大小将模型提交求解器计算后，分析结果如图3-24所示，锁紧卡片在受到反作用力后，产生的最大应力值为570.9MPa，所用材料同样为Q235钢材，超出了钢材的屈服极限，因此，需要对锁紧机构进行优化。图3-24锁紧机构应力分析结果1.2.3导轨限位档点强度分析导轨限位档点的作用是导轨解除锁紧状态后，调整座椅前后时，限制其行程，以免导轨脱落。导轨限位档点起限位作用的结构为滚轮，如图3-25所示，滚轮直径为17.25mm，上下导轨之间的滚轮槽上下简隙为18mm，上下导轨限位点凸起高度各为3mm，根据导轨的技术要求，受到4000N的载荷后，导轨限位点不应损坏，同时上下导轨限位点的Z向位移共不超过5mm，即上下导轨滚轮槽的最大简隙超过滚轮直径，限位点功能失效，导轨脱落。下导轨的限位档点约束及载荷如图3-26所示。图3-25档点局部模型图3-26档点约束及载荷图3-27分析应力结果图3-28位移分析结果进过分析后，限位档点的最大应力为579.1MPa，如图3-27所示，超出了Q235钢材的屈服极限值，而限位档点受到载荷后，Z向的最大位移为0.011mm，如图3-28所示，说明导轨受到后载荷后所产生的Z向的位移量不会致使导轨前后滑动时分离，因此，只需要对下导轨的限位档点强度进行改进。上导轨的前后限位档点约束及载荷如图3-29所示。图3-29档点约束及载荷图3-30应力分析结果图3-31应力分