【扭力梁后悬架有限元验证分析案例4200字】

扭力梁后悬架有限元验证分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3191扭力梁后悬架有限元验证分析案例 [23]。Ansys公司推出Workbench平台的主要目的是面向客户搭建一个集成多学科多功能的CAE仿真系统，实现从设计到仿真过程的一体化解决方案。Workbench的功能非常强大，可以实现结构静力学、结构动力学、刚体动力学、流体动力学、电磁场、热力学、声学等以及耦合场的分析。除了这些基本类型的分析，Workbench还可以实现结构的拓扑优化设计。基于AnsysWorkbench平台实现一个完整的有限元分析主要包含前处理、加载求解、后处理这三大主要流程，具体分析步骤如图4-1所示图4-1Workbench软件分析流程图1.3扭力梁后悬架有限元建模有限元建模是有限元分析过程中的第一个重要步骤，其本质是将分析对象转化为有限元软件可以理解的元素，即将连续几何体划分为有限个单元。在理解分析工况的基础上，对分析对象的重要部分进行建模，忽略对分析结果影响不大的因素，即：既要保证建模的精确性，又要提高分析效率。因此，本节将对车架的有限元建模过程进行详细论述。1.3.1扭力梁悬架几何模型的建立本文采用AnsysWorkbench19.0版本，对扭力梁后悬架进行有限元分析。由于AnsysWorkbench自带的建模模块不适合复杂结构的建模，本文先用Solidworks建立几何模型，然后导入AnsysWorkbench。Solidworks是一款专业的三维建模软件，功能强大，操作简单，常用于各种机械设计行业。而Workbench具有广泛的几何接口，能够导入各种常见的几何格式，如iges、x_t、step、sat等。本文在Solidworks中对扭力梁悬架进行1：1建模。悬架整体采用实体建模，对于圆角特征采取曲面建模，以便于下一步的网格处理。图4-2扭力梁悬架等轴测图1.3.2有限元网格的划分在几何模型建立完成后，接着的步骤就是有限元网格的划分。正如1.1节中所陈述的，从有限元法的原理来看，模型的网格划分得越密集，即网格单元尺寸越小，计算精度越高。但是从工程角度来讲并不尽然。首先，如果网格划分过于密集，计算时间必定会大幅增加；其次，经验表明，随着网格数量的增加。计算精度并非是线性增长的。因此，在实际计算中，需要选择满足精度要求的合适大小的网格。本文选择自动生成网格，网格大小设置为4mm，选择平滑过渡。在选择自动生成网格时，程序会根据几何的复杂性，自动在四面体网格和六面体网格之间切换。当实体可以采用扫掠方法划分网格时，就被划分为六面体网格。反之，则被划分为四面体网格。由于本文的扭力梁悬架模型较为复杂，所以有限元网格以四面体网格单元为主。四面体网格是Workbench基于TGrid的协调分片算法（PatchConforming）和ICEMCFD的独立分片算法（PatchIndependent）的网格划分方法。当模型几何非常复杂时，采用四面体网格划分方法，可以实现网格的良好适应性。验证网格无关性时，将网格大小设置为较小尺寸后，最大应力、最大位移均未发生较大变化，因此认为4mm大小的网格是符合要求的。最终划分的网格如图4-3所示，网格总数目为505232，节点总数为946667，平均网格质量为0.75（最差为0，最佳为1）。图4-3网格划分结果图4-4扭力梁悬架网格质量图1.3.3载荷及边界条件的施加扭力梁悬架基本载荷的确定也是准确进行静力学分析的之一。按照第三章中的假设条件，在左右衬套处均施加位移约束。但左侧衬套的位移约束是将其在、、三个方向的位移固定，而右侧衬套的位移约束只固定其、方向。同时根据解析模型的假设条件，对节点施加远端位移约束，限制其在方向上的位移。同理节点施加相同约束。边界条件明确后，需要对有限元模型施加载荷，按照第三章中的计算方法，在轮胎接地点施加10000N大小的力，以方便计算变形量。最终载荷及边界条件的施加如图4-5所示。图4-5扭力梁悬架约束条件及载荷加载图1.4有限元结果分析图4-6展示了扭力梁悬架在横向力作用下的变形分布图。但这是悬架整体的变形情况，而本文关注的重点是悬架在方向上的变形情况。提取方向上的变形，如图4-7所示。图4-6横向力作用下悬架的变形分布图图4-7悬架在方向上的变形分布利用探针功能得出车轮安装平面的倾斜度，以此计算得出悬架在横向力作用下的横向刚度为4549.89，而利用第三章中介绍的解析模型编写的Matlab程序计算得出的横向刚度为3915.13，误差为13.95%。由于该模型的适用阶段为概念设计阶段，只是为后续的CAD设计提供参考，所以13.95%的误差在可接受的范围内。1.5误差分析首先，在简化模型的时候忽略了弹簧底座对于整体刚度的影响。但是目前采用扭力梁后悬架的车型中，有一部分车型的扭力梁后悬架上的弹簧底座是与纵梁、横梁同时焊接的。而解析模型的假设前提是弹簧底座仅与纵梁相连。虽然这一方面导致的误差并没有在本文中体现，但这使得本文介绍的解析模型的泛用性降低；其次，在横梁与纵梁的连接方式上，本文是以刚性连接处理的。但在实际情况中，衡量与纵梁是通过焊接连