【《汽车减震器有限元建模分析案例》2000字】

第第页汽车减震器有限元建模分析案例动力学仿真是研究汽车减震器振动的有效方法。通过动力学仿真，还可定量地、单参数地研究汽车减震器设计、制造或使用环境对振动的影响程度，这对优化产品结构设计、改进加工工艺、掌握产品质量状况都有重要地指导作用。而刚度、阻尼、固有频率和振型、动态响应等是表征汽车减震器动力学的几个主要物理学参数。如图4.1所示，本章将进行汽车减震器的静力学分析。图4-1有限元分析流程图ANSYS软件的主要功能和特点自20世纪中叶以来，有限单元法以其独有的计算优势得到了广泛的发展和应用，已出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得以广泛应用。ANSYS软件以其多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流，在工程分析应用中得到了较为广泛的应用。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，它是世界范围内增长最快的CAE软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS的功能强大，操作简单方便，现在它已经成为国际最流行的有限元分析软件，在历年FEA评比中都名列第一。目前，中国大多数科研院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。Workbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境，与传统ANSYS相比较，Workbench有利于协同仿真、项目管理，可以进行双向的参数传输功能，具有复杂装配件接触关系的自动识别、接触建模功能，可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理，自带可定制的工程材料数据库，方便操作者进行编辑、应用，并且支持几乎所有ANSYS的有限元分析功能。模型简化减震器因行车路况突变受到外力而做压缩或复原运动时，对于减震器的内部来说是一个较为复杂的过程，故要对该部件运动过程做一系列的简化处理。在产品设计的过程中，为了尽可能的从产品的性能、外观等方面来展示模型，必须要注意模型中的很多细小特征，这与仿真的最后结果以及是否能顺利完成息息相关，还影响了分析过程中所用时间的长短及最后计算的数据的准确性[24]。因此，考虑到结构力学分析，模型的简化应考虑如下几点因素：（1）删除无关的倒角特征、孔特征和螺栓的螺纹特征，这些细节会给有限元分析带来较大的麻烦，例如，增加了计算的时间。（2）重建细节部件。部分部件体积小且对整体性质没有太大影响，为了对整个结构的有限元分析有一个更好的把握，要对这类部件重新建模并对模型进行响应的简化。（3）简化连接构件。在这个过程中，我们可以对焊接、螺栓连接和铆钉连接等忽略掉，但是为了不影响整个模型的整体性能，还需要保留其一定的基本特征。当然，对于具体的结构力学分析，需要根据模型各自的结构特征，采用更加切合自身的简化方式。首先，对于减震器内部的结构进行简化，对于橡胶密封圈、密封件等，由于其属性固定，并且对整体运动学仿真影响不大，所以这些零部件被简化掉不做分析。其次，是更改配合关系，使活塞体与活塞杆相对固定，看作一个整体，其他零部件相对固定。图4-2汽车减震器简化三维模型图汽车减震器网格划分及边界条件网格划分在模型创建后和分析计算前，有一项重要的步骤就是对模型进行网格划分。网格划分的好坏将直接关系到求解的准确度及速度。网格划分基本的功能是利用ANSYSWorkbench中的Mesh应用程序，可以从ANSYSWorkbench的项目管理器中自Mesh系统中进入，也可以通过其他的系统进行网格的划分[25]。（1）网格划分概述Workbench中ANSYSMeshing应用程序的目标是提供通用的网格划分工具。网格划分工具可以在任何分析类型中使用：包括进行结构动力学分析、显示动力学分析、电磁分析及进行CFD分析。ANSYS网格划分是采用Divide&Conquer（分解与克服）方法来实现的，几何体的各部分可以使用不同的网格划分方法。但所有网格的数据是统一写入共同的中心数据中的。网格的类型如图4.3所示。图4-3三维网格的基本形状（2）网格划分流程网格划分流程如下：（1）设置目标物理环境（结构、CFD等）。自动生成相关物理环境的网格（如FLUENT、CFX或Mechanical)。（2）设定网格划分方法。（3）定义网格设置（尺寸、控制和膨胀等）。（4）为方便使用创建命名选项。（5）预览网格并进行必要调整。（6）生成网格。（7）检查网格质量。（8）准备分析的网格。将上述简化三维模型，在Soildworks中导出为.step的文件格式，并打开Ansysworkbench2020R2中的StaticStructural模块，通过Geometry<ImportGeometry<Browse导入刚才保存的.step文件，并进行网格划分。考虑到文中研究的汽车减震器，为保证计算结果以及计算机消耗的时间，将工作杠和活塞杆选用网格尺寸为3mm的六面体网格，其他部分采用网格尺寸为3mm的四面体网格。六面体网格一般比四面体网格质量高，