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基于GAP单元的车架有限元分析

发布于:2016-02-19 19:47
有限元分析

      汽车车架是发动机、底盘、车身各总成及专用车专用设施的安装基础和关键承载部件。基于有限元分析单元法的车架设计,可以在设计阶段对车架的力学性能进行计算、分析及预测,对多种设计方案进行评估,从而为车架结构的设计和改进提供理论依据。
      现代重型货车的车架一般都是由多层钢结构组成,在有限元分析中,如何模拟各层钢结构之间的接触是车架有限元分析的重点和难点。早期的做法是将车架作为一个整体零件来处理,这样处理与实际情况相比,有较大的误差,在计算上大大地增加了整个车架结构的刚性。目前大多采用某种等效的方法,虽然在一定程度上提高了分析精度,但这种方法往往取决于经验和技巧,特别是很难准确确定相接触梁所分担的载荷而不能真实地反映车架各层钢结构之间的作用,要经过反复试算才能得到较满意的结果。
      间隙伪单元(GAP单元)能较好地反映大面积接触区域性的特点,提高其计算精度。用GAP单元模拟车架梁与梁之间的接触不需要大量试算,可以降低对分析人员需有丰富经验的要求,提高分析效率。但是这方面研究在国内外文献中很少报道,为此采用GAP单元来模拟车架多层钢结构之间的接触,并且进行试验验证,为含多层钢结构的车架有限元分析提供有效的方法。
      以某汽车厂某型号重型货车的车架为分析对象,建立有限元分析模型。该车架长为7.155m,宽为0.94 m,由2根纵梁和6根横梁组成。考虑到车架模型的复杂性,首先在UGApp里面建立车架的面模型,再导入到HyperworksApp进行离散和分析。车架纵梁和横梁采用壳单元,对一些实体零件(如吊耳)选用实体单元,钢板板簧采用梁单元和弹簧单元模拟。由于车架多处是由多层钢结构叠加铆接或螺栓连接而成,在建立模型时用MPC(多点约束)模拟铆接或螺栓连接,用GAP单元来模拟各个钢结构之间的接触行为,所简化的模型包含206516个节点,334980个单元,网格划分后的模型如图所示。
      GAP单元是用来模拟接触的三维间隙(GAP)单元,在未接触区,它不影响分析对象的运动状态,在接触区域,GAP单元的法向刚度将变得足够大以阻止接触体相互侵入,为了表示接触面上节点的位移和接触力的关系,建立所示的局部坐标系。GAP单元由GA,GB两点构成,其载荷-位移关系可由接触面的法向分量和切向分量来描述。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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