¿Cuáles son los pasos específicos para el análisis modal en UG 6.0? Proporcione ejemplos y explique claramente los botones de comando y los pasos de operación. ¡Esta es tecnología profesional! ¡Muchas gracias!
En primer lugar, se discutió cómo completar el modelo numérico de la carrocería del autobús en el software UG y cómo simplificar y transformar este modelo numérico en un modelo de elementos finitos de la carrocería del autobús. La estructura del bastidor se llevó a cabo en el software ANSYS. La resistencia y rigidez de la estructura de la carrocería del automóvil se analizaron en tres condiciones de trabajo: condición de flexión estática, condición de torsión y condición de torsión de flexión, y se realizó un análisis dinámico del automóvil.
Diseño de la superficie de la carrocería del autobús basado en el software UG. La superficie de la carrocería del autobús es diferente de la superficie de la carrocería del automóvil. Las superficies más complejas se concentran en la parte delantera y trasera del automóvil. y el techo son relativamente simples. Por lo tanto, el método más conveniente para construir la superficie exterior de la carrocería del autobús es comenzar directamente desde los contornos bidimensionales de la carrocería del automóvil, dibujar los contornos principales de la carrocería del automóvil en la computadora y luego construir el modelo de la superficie exterior de la carrocería del coche basándose en estos contornos. A partir de esto se determinaron 9 líneas de contorno de la superficie exterior de la carrocería del vehículo, a través de las cuales se puede determinar la forma básica de la superficie exterior de la carrocería del vehículo. Por ejemplo, la superficie curva lateral puede venir dada por. la curva 1 se barre paralela a la curva c2; la superficie del techo está formada por las curvas c6, c4 y c8 barridas a lo largo de la curva 0; la superficie de la pared trasera está formada por las curvas 0 y c9 barridas a lo largo de la curva c8; la superficie de la pared frontal es relativamente compleja. Además de las líneas de contorno principales c5 y c6 de la superficie exterior de la carrocería del automóvil, es necesario construir tres curvas adicionales de acuerdo con las características de forma de la carrocería del automóvil para generar la superficie de la pared frontal.
La línea de contorno de la vista principal de los paneles laterales (los lados izquierdo y derecho del autobús son simétricos, puede elegir una de las líneas de contorno del panel lateral desde la vista superior (generalmente una línea recta en la vista superior); medio, con ambos extremos estrechados hacia adelante y hacia atrás por un techo desplazado) Línea de contorno de vista lateral; línea de contorno de vista principal de la cubierta superior (generalmente la cubierta superior es un arco grande, con ambos extremos siendo líneas de arco invertidas tangentes a la parte superior de el contorno de la vista principal de los paneles laterales; intersección de la pared frontal y los paneles laterales Línea de contorno
(Los lados izquierdo y derecho del autobús son simétricos. c6: La línea de contorno donde se encuentran la pared frontal y el intersección del techo. c7: la línea de contorno donde se cruzan la pared trasera y la pared lateral (los lados izquierdo y derecho del autobús son simétricos) c8: las líneas de contorno de la pared trasera y la cubierta del techo; >c9: línea de contorno de vista lateral trasera
Para garantizar la suavidad de las líneas de contorno, la función de análisis de curvas del software UG se utiliza para analizar estas 9 líneas, analizar, editar y ajustar la curvatura de la. contorno de la superficie exterior de la carrocería del automóvil
3 métodos de análisis: lt; br /gt;
1. Diseño del marco de la carrocería del automóvil basado en el software UG
p>Dado que la forma y el tamaño de la sección del bastidor de la carrocería del autobús permanecen sin cambios en varias posiciones espaciales, al construir el bastidor de la carrocería del autobús con UG, se puede utilizar el método de escaneo de superficie para obtener el movimiento espacial de la trayectoria de la varilla del bastidor (es decir, la trayectoria de la varilla del bastidor). línea central de la superficie exterior de las varillas del bastidor de la carrocería), y el modelo sólido del bastidor de la carrocería se puede obtener barriendo la sección a lo largo de su trayectoria de movimiento espacial. Y debido a que el bastidor de la carrocería del autobús es una estructura de varillas espacialmente multinivel, El marco se divide en seis partes: pared frontal, pared trasera, pared izquierda, pared derecha y cubierta superior. Durante el diseño específico, el diseño de distribución se realiza primero de acuerdo con los parámetros de diseño de las seis partes grandes. Generalmente, el diseño del chasis se lleva a cabo primero para determinar las distintas partes del chasis. Después del diseño específico del conjunto, los paneles laterales delantero, trasero, izquierdo y derecho y la cubierta superior se diseñan en función de algunos parámetros clave del chasis. luego se utilizan las seis áreas grandes del modelo digital de la superficie del cuerpo y el esqueleto que se han establecido en UG. Los parámetros de diseño del diseño se utilizan para obtener la línea de intersección de la estructura del cuerpo y el modelo numérico de la superficie del cuerpo, que es el centro; línea de la superficie exterior de las varillas del bastidor de la carrocería, y se construye un modelo de bastidor de alambre de seis grandes secciones de la carrocería de acuerdo con las necesidades estructurales de la carrocería del autobús, se seleccionan secciones apropiadas de los componentes del bastidor, tales como rectangulares, en forma de canal. , En forma de L (ángulo de acero) y en forma de I, etc. A partir de esta sección, se barre el modelo de estructura de alambre de seis piezas de la carrocería para construir la entidad de estructura de seis piezas de la carrocería. de UG se utiliza para ensamblar todo el vehículo y generar el diagrama de estructura de la carrocería.
Simplificación del modelo 2
Porque al establecer el modelo de elementos finitos de la carrocería se debe reflejar. Sinceramente, la estructura real de la carrocería del autobús tiene propiedades mecánicas importantes y es necesario utilizar la menor cantidad posible de unidades y formas de unidades simples para garantizar una mayor precisión de cálculo y reducir la escala de resolución de problemas.
En el modelo de elementos finitos, generalmente usamos artificialmente una línea recta que pasa por el centroide de la sección para reemplazar el componente real con un cierto tamaño de sección transversal. Por lo tanto, cuando utilice el programa de interfaz de datos del software ANSYS para importar el diagrama de estructura del esqueleto del bus completado en UG, solo necesita importar el diagrama de estructura alámbrica del esqueleto del cuerpo y simplificarlo de la siguiente manera: 1. Omita la piel y algunos elementos que no soportan carga. componentes 2. Las vigas microcurvadas en la carrocería del automóvil se enderezan, y algunos componentes con curvaturas más pequeñas en los paneles laterales y el techo se ven como compuestos de segmentos de unidades de vigas rectas. 3. Para dos componentes que están muy cerca pero no; superposición El punto de conexión cruzada se puede considerar simplificado a un nodo para su procesamiento. 4. Para los ejes de componentes adyacentes que no se superponen en el espacio, aparecen dos nodos muy cercanos, y sus deformaciones son muy similares en cuanto a propiedades mecánicas. Se simplifican en un par de nodos maestro-esclavo, evitando así posibles problemas. La condición patológica de la matriz de rigidez total también puede mejorar la eficiencia del análisis estructural. 5. Para dos vigas soldadas que se superponen en el espacio, si la distancia a entre sus líneas centrales es grande, la traslación de la línea central de una de las vigas provocará un error no despreciable. Entonces se puede agregar una viga con una longitud a. al modelo (la sección transversal de la viga, el parámetro de propiedad del material es el mayor de las dos vigas) para conectar las dos vigas. Por ejemplo, hay una gran "excentricidad" entre el travesaño inferior y la viga longitudinal del marco. La viga transversal se coloca sobre la viga longitudinal del marco y la distancia entre los dos ejes es 0,5 (h H). Para acercar el modelo a la realidad, considere los nodos de las dos conexiones longitudinales entre la viga inferior y el marco, y suponga que hay una conexión de brazo rígido entre ellos 6. Para dos vigas soldadas en la misma dirección, la La resistencia de la junta de soldadura es cercana a la resistencia interna del material, por lo tanto, se puede simplificar tratándola como una viga;
7. . Las vigas se representan mediante elementos lineales. Para satisfacer la relación topológica espacial de la intersección de las vigas, algunas de las líneas de los elementos de la viga deben extenderse hasta que se intersequen. Este proceso reducirá en gran medida la rigidez de los elementos de la viga, lo que hará que la solución de desplazamiento sea demasiado grande y la. La solución de estrés es demasiado pequeña. Al mismo tiempo, se agregó peso adicional. El método de compensación de rigidez se utiliza para reducir el error. Después de comparar los resultados antes y después de la compensación, se ha verificado que este método es simple y efectivo. Tome la flexión en el plano del elemento de viga xoy ((1 eje es el eje x, 2 eje es el eje z) como ejemplo para ilustrar el método de compensación. El elemento finito del elemento Hermite de dos nodos se utiliza para resolver la matriz de rigidez del elemento K" y el desplazamiento de la ecuación Ka=p Vector 1, donde l es la longitud del elemento de viga a lo largo del eje 1, es la deflexión en el nodo del elemento 1 y p es el ángulo en el nodo del elemento l. Dado que el elemento de viga en el modelo es más largo que el real, se le puede pasar Cambiar E o Iz para compensar el cambio, de modo que K" permanezca básicamente sin cambios. 8. Determine la longitud unitaria l. Cuando se utiliza el método de elementos finitos para analice el problema de flexión de la viga, en la unidad Hermite de dos nodos, la función de prueba (función de forma) adopta el polinomio completo de tercer orden, el error de la solución de desplazamiento es o (l. Si la longitud de la unidad de viga es demasiado larga, provocará un gran error de desplazamiento Al analizar el modelo de unidad de viga de la carrocería del vehículo, FEA ha verificado que cuando la longitud de la unidad de viga es de 15400 mm, la solución ha convergido con una precisión suficiente. La longitud de la unidad de viga l no debe dividirse demasiado. Si la longitud de la unidad de viga Z es demasiado pequeña (cerca del tamaño de la sección transversal), el principio de grados de libertad maestro-esclavo ya no se aplicará y la unidad modelo no se simplificará a una unidad de viga. La diferencia en la longitud 1 de cada unidad de viga adyacente no debe ser demasiado grande. La teoría y la práctica han demostrado que una diferencia demasiado grande en l provocará una pared de rigidez mayor, lo que fácilmente conducirá a conjuntos rígidos mal acondicionados y a la solución de las ecuaciones. No se puede obtener. Según el principio de simplificación del modelo, el bastidor de la carrocería del prototipo se divide en 3044 unidades con diferentes longitudes y formas de sección transversal y 5929 nodos
3 Procesamiento de carga
<. p>En el modelo de cálculo de la carrocería, la carga se puede procesar de la siguiente manera: 1. Para el peso propio del bastidor de la carrocería del vehículo, ingrese la densidad y la aceleración de la gravedad del material del bastidor en el programa de preprocesamiento del software ANSYS, y el programa ajustará automáticamente el factor de carga unitaria de acuerdo con la forma de la sección transversal de la unidad de entrada y las constantes reales. La información se incluye en la carga total para el cálculo.2. en la carrocería o bastidor, como conjunto de motor, llanta de refacción, batería, tanque de combustible, etc., se puede usar como centralizado. La carga actúa sobre el nodo correspondiente de acuerdo con la posición real del punto de colocación y la gravedad compartida por cada uno. posición.
3. La capacidad de carga, como la gravedad de los ocupantes y asientos, se puede utilizar como carga concentrada, según los puntos de apoyo que se asignan a los nudos de las vigas correspondientes.
Si en el vehículo hay pasajeros de pie, el número real de personas de pie por metro cuadrado se puede aplicar como carga uniformemente distribuida sobre el suelo y transmitirse a la viga del chasis. Dado que en el método de elementos finitos se considera que las fuerzas internas o externas se transmiten mediante nodos, los términos de carga en la ecuación de rigidez general son cargas en los nodos. Por lo tanto, cuando un elemento de viga está sujeto a una carga uniforme u otra carga no nodal, debe desplazarse hacia el nodo, es decir, la carga no nodal se convierte en una carga concentrada con efecto equivalente en el nodo (llamada carga de nodo equivalente). El método de desplazamiento de carga no nodal es el siguiente
Los desplazamientos en ambos extremos de la unidad con cargas no nodales están completamente restringidos, y luego la reacción en ambos extremos de la unidad de viga se obtiene de acuerdo con la Método para encontrar fuerzas de reacción de soporte en mecánica de materiales. La fuerza se llama fuerza del extremo fijo y se registra como Qiu}02. Invierta el signo de la fuerza del extremo fijo y realice la transformación de coordenadas para obtener la carga de nodo equivalente en el sistema de coordenadas general. que se puede introducir directamente en la carga de la ecuación de rigidez general del vector de estructura para realizar cálculos. En el software ANSYS, si primero carga el modelo de elementos finitos de la carrocería del automóvil y luego realiza el mallado, puede convertir directamente las cargas que no son de nodos en cargas de nodos equivalentes. lt;br /gt;
4 Restricciones de límites
Además de ser un elemento elástico, la ballesta también desempeña un papel guía, por lo que tiene rigidez en todas las direcciones y tiene La rigidez en otras direcciones es mucho mayor que la rigidez en la dirección vertical, por lo que se utiliza una estructura de viga rígida y viga flexible para simular la ballesta. Ignore la deformación de los neumáticos en el procesamiento de restricciones. La rigidez del resorte de suspensión K es equivalente a la rigidez a la flexión vertical de la viga flexible horizontal, para que el desplazamiento vertical cuando está estresada sea mucho menor que el desplazamiento vertical de la viga flexible horizontal, la rigidez axial; se toma como 6.0x106N/mm. La sección de la viga rígida se toma como un cuadrado y el área se calcula mediante la fórmula A=KxLIE.
5. Condiciones de trabajo del análisis de fuerzalt;br/gt;
Las condiciones de funcionamiento de los turismos son muy complejas, incluidas las condiciones de flexión, las condiciones de torsión, las condiciones de giro y las condiciones de aceleración. Los análisis teóricos, las pruebas en interiores y la práctica de uso muestran que las dos condiciones de trabajo que están directamente relacionadas con la resistencia de la estructura de la carrocería del automóvil son la flexión y la torsión. lt;br /gt;
I. Condición de flexiónlt;br /gt;
Cuando un automóvil de pasajeros viaja a alta velocidad en una carretera plana, la fuerza de reacción de la superficie de la carretera hace que el cuerpo soporte cargas verticales simétricas. Provoca una deformación por flexión del cuerpo, cuyo tamaño depende de la carga estática y la aceleración vertical que actúa en todas partes del cuerpo. En ANSYS, los seis grados de libertad de las cuatro ruedas están restringidos para simular y calcular la rigidez y resistencia de la carrocería del automóvil cuando el autobús circula con carga completa en una carretera plana a alta velocidad y genera cargas dinámicas verticales simétricas. 2. Condiciones de trabajo torsionaleslt;br /gt;
Las condiciones de trabajo torcidas son la condición de deformación más grave de la carrocería del automóvil, que generalmente ocurre cuando el automóvil pasa por carreteras en mal estado a bajas velocidades. La carga dinámica en tales condiciones de torsión cambia muy lentamente con el tiempo. Por supuesto, la carga inercial también es muy pequeña en este momento, por lo que las características de torsión de la carrocería del automóvil pueden considerarse aproximadamente estáticas. Un punto es que la resistencia del esqueleto bajo una prueba de torsión estática puede reflejar la resistencia real. En otras palabras, los grandes puntos de tensión en el marco durante la torsión estática se pueden utilizar para determinar los grandes puntos de tensión durante la carga dinámica. En este artículo se analizarán dos condiciones de torsión, la condición de suspensión de la rueda delantera derecha y la condición de suspensión de la rueda trasera izquierda. Al restringir los grados de libertad de traslación de la rueda trasera izquierda en las direcciones X, Y y Z y la libertad de rotación en la dirección Z, y los grados de libertad de traslación de las ruedas traseras izquierda y derecha en la dirección Z, la rueda delantera derecha del vehículo La carrocería está suspendida en el aire y la rueda trasera izquierda se simula en condiciones de torsión en un foso. Al restringir los grados de libertad de traslación de la rueda delantera derecha en las direcciones X, Y y Z y la libertad de rotación en la dirección Z, y los grados de libertad de traslación de la rueda delantera izquierda y la rueda trasera derecha en la dirección Z, la rueda delantera izquierda de Se suspende la carrocería del vehículo y se simulan las condiciones de torsión de la rueda trasera derecha en un foso. lt;br /gt;
4.2.2 Análisis de rigidez en condiciones de trabajolt;br /gt;
La rigidez de la estructura de la carrocería se refiere a la relación entre la carga y la deformación reflejada por la Características de la estructura corporal. Una rigidez insuficiente provocará una gran deformación de los marcos de las puertas, los marcos de las ventanas y otras aberturas de la carrocería del automóvil, lo que provocará que las puertas se atasquen, se rompan los vidrios y se suelte el sellado, lo que provocará problemas como fugas de lluvia, filtraciones de agua y caída de los adornos interiores. Causa una baja frecuencia de vibración de la carrocería del automóvil. Se produce una vibración estructural que destruye la capa protectora en la superficie de la carrocería y el sellado de la carrocería, debilitando así la resistencia a la corrosión.
La rigidez de la carrocería incluye la rigidez a la torsión y la rigidez a la flexión. Los análisis teóricos y muchos resultados de pruebas muestran que la deformación por flexión de la carrocería del autobús es muy pequeña, por lo que sólo es necesario considerar la rigidez a la torsión en condiciones de flexión y torsión. Usamos el ángulo de torsión relativo de la diagonal de la carrocería entre la longitud total del vehículo, el ángulo de torsión relativo de las vigas superiores izquierda y derecha y el ángulo de torsión relativo de las dos vigas longitudinales del chasis para expresar la deformación torsional del cuerpo. lt;br /gt;
4.2.3 Investigación de características dinámicaslt;br /gt;
Cuando se utiliza el método de síntesis modal para estudiar las características de vibración y cargas dinámicas del vehículo, el Estructura corporal La frecuencia modal de es uno de los parámetros más importantes. Se puede utilizar para predecir la posibilidad de interferencia dinámica entre la carrocería y otros componentes como el sistema de suspensión, la superficie de la carretera, el motor y el sistema de transmisión. Generalmente, se espera que se pueda evitar la frecuencia máxima de vibración. Modelo general de primer orden de la estructura corporal. Cuanto mayor sea la frecuencia del estado, mejor. lt; br /gt;
lt; br /gt;
4.3.1 Resultados del cálculo de resistencia br /gt; Condiciones de trabajolt;br /gt;
En condiciones de trabajo en flexión, la tensión de flexión de la carrocería del vehículo se muestra en la Figura 4.3. Las áreas donde se concentra la tensión de flexión incluyen: la viga longitudinal principal del chasis y las vigas de soporte de ballestas delanteras y traseras (50-90 Mpa) el área de conexión de transición entre la mitad del techo y el borde superior de la ventana lateral (); 30-40 MPa); la mitad superior del pilar de la puerta central El área cerca de la puerta delantera (10-30 MPa); el área cerca de la mitad superior del pilar de la puerta delantera (10-40 MPa); Los lugares con mayor tensión son las vigas longitudinales principales del chasis y las vigas de soporte de ballestas traseras, con un valor de tensión de 90 MPaolt; >
2, la rueda delantera derecha está suspendida en el aire acondicionadolt;br /gt;
En la condición de funcionamiento suspendida de la rueda delantera derecha, se muestra la distribución de tensión en la dirección X de la carrocería del vehículo. en la Figura 4.4. Las áreas con tensión concentrada incluyen: la viga longitudinal principal del chasis y las vigas de soporte de ballestas delanteras y traseras (60-123 Mpa); el área de conexión de transición entre la mitad del techo y el borde superior de la ventana lateral (40-60 Mpa); ): la mitad superior del área cercana al pilar de la puerta central (60-70 MPa). Entre ellos, el lugar con mayor tensión es la posición de la viga longitudinal principal del chasis y la viga de soporte de ballesta trasera. El valor de tensión es 123Mpaolt;br /gt;
3. rueda está suspendida en el aire.lt;br /gt;
Cuando la rueda trasera izquierda está suspendida, la distribución de tensión en la dirección X de la carrocería del vehículo se muestra en la Figura 4.5. Las áreas con tensión concentrada incluyen: la viga longitudinal principal del chasis y las vigas de soporte de ballestas delanteras y traseras (80 a 125 Mpa); el área de conexión de transición entre la mitad del techo y el borde superior de la ventana lateral (60 a 90 Mpa); ); la mitad superior del pilar de la puerta central. Área cercana (90-177MPa). El lugar con mayor estrés es la viga de la puerta del medio, con un valor de estrés de 177MPalt;br /gt;
lt;br /gt;
A través de los cálculos de En las tres condiciones de trabajo anteriores, sabemos que el nivel de tensión del bastidor de la carrocería es menor en condiciones de flexión, y el número de unidades con valores de tensión superiores a 50 Mpa es 30, lo que representa solo el 0,9 del número total de unidades; En la condición de suspensión de la rueda delantera derecha, el nivel de tensión del bastidor de la carrocería es mayor que en condiciones de flexión. El nivel de tensión bajo esta condición es mucho mayor. Dado que el motor está montado en la parte trasera, la condición de suspensión de la rueda trasera izquierda (condición combinada de flexión y torsión) es la peor condición de trabajo cuando el autobús está conduciendo. Considerando la carga dinámica, la fatiga y la concentración de tensiones causadas por defectos del material durante la conducción del autobús, tomando el factor de seguridad como 1,5, el límite elástico permitido del material del marco acero Q215A3 [cr]-153MPa, el material del chasis estructura de baja aleación 09SiV El límite elástico permitido del acero es de 220 MPa. Se puede ver que en condiciones de flexión y torsión, la tensión en la posición de la viga de la puerta en la puerta del medio excede la tensión permitida y es necesario optimizar el tamaño de la sección transversal de la viga de la puerta. Además, desde la perspectiva de toda la estructura, la distribución de tensiones es desigual y varía en magnitud en varios órdenes de magnitud. Esto sin duda provocará un desperdicio de materiales y aumentará el peso de toda la carrocería del coche. Por lo tanto, desde la perspectiva de la tensión, los materiales se pueden utilizar de forma racional y económica optimizando el espesor del acero cuadrado.
El valor de tensión en la intersección de varias vigas es particularmente grande. Después de retirar algunas unidades extraíbles, el valor de tensión en la intersección se reducirá considerablemente. lt; br /gt;
4.3.2 Resultados y análisis de rigidez lt; br /gt;
1. > p>
Hay un gran desplazamiento en la esquina frontal derecha de la carrocería desde el techo hasta el marco, y cuanto más cerca de la esquina, mayor es el desplazamiento, y la dirección vertical es hacia abajo. El desplazamiento máximo es 11.868. mm. La deformación de la carrocería del automóvil se muestra en la Figura 4.6lt;br /gt;
lt;br /gt;
4.3.3 Resultados y análisis del cálculo modallt;br /gt;
El análisis modal calcula principalmente la frecuencia natural y la forma de vibración de la carrocería del vehículo. Las frecuencias naturales de sexto orden del modelo de estructura espacial general del cuerpo se muestran en la Tabla 4.9, y las deformaciones de las primeras formas de vibración del cuerpo de seis ordenes se muestran en las Figuras 4.10-4.15lt;br /gt;
lt;br /gt;
Figura 4.15 Diagrama de forma de vibración de sexto orden del bastidor de la carrocería del vehículolt;br /gt;
El diseño de optimización dinámica de la carrocería del vehículo El bastidor requiere que la frecuencia modal del bastidor del vehículo esté escalonada con la frecuencia de excitación de la carga. Al mismo tiempo, para evitar el efecto combinado del modo de flexión de primer orden y el modo de torsión de primer orden, se requiere que las dos frecuencias naturales estén escalonadas en más de 3 Hz. Aunque el modelo de autobús omite la influencia de la piel y los componentes que no soportan carga, la frecuencia natural calculada de la carrocería es menor que la real. Sin embargo, las primeras seis frecuencias naturales del autobús se concentran en 5-13 Hz. la frecuencia de excitación de la carretera es a menudo inferior a 20 Hz, y las frecuencias naturales del modo de flexión de primer orden y del modo de torsión de primer orden solo se compensan en aproximadamente 2 Hz. Por lo tanto, los componentes que producen vibraciones locales durante la conducción del vehículo. El autobús se verá estimulado por esto para formar una fuente de ruido dentro del autobús. Afecta la comodidad de los pasajeros. lt;br /gt;
4.4 Conclusiónlt;br /gt;
Se puede ver en los resultados del cálculo del modelo original que hay 3 áreas de alto estrés en el automóvil. Ubicaciones del marco de la carrocería: el área cerca del pilar central de la puerta; el área de conexión de transición entre la mitad del techo y el borde superior de la ventana lateral y la ubicación de la viga longitudinal principal del chasis y la ballesta delantera y trasera. vigas de soporte. 2. De los resultados del cálculo se puede ver que la deformación y la tensión del bastidor del automóvil son pequeñas en condiciones de flexión, lo que indica que el automóvil cumple con los requisitos de resistencia y rigidez bajo carga estática bajo la condición de que la rueda trasera izquierda esté; suspendido, excepto en la puerta central de la carrocería. La tensión en la parte media de la viga superior de la puerta excede la tensión permitida, y la tensión en otras unidades del marco de la carrocería no excede la tensión permitida. La condición de suspensión de la rueda trasera izquierda es la condición de deformación más grave de la carrocería del vehículo. De hecho, debido a que el vehículo es un autobús urbano, una condición de torsión tan severa es imposible, por lo que la estructura de la carrocería del vehículo puede cumplir con los requisitos de resistencia. lt; br /gt;
3. De los resultados del cálculo se puede ver que la deformación del bastidor de la carrocería es relativamente pequeña para la rigidez de la carrocería, la deformación diagonal de las puertas y ventanas. Particularmente importante desde la consideración de la estructura general. Se puede ver a partir de los datos de deformación compilados de cada nodo del bastidor de la carrocería en condiciones de flexión y torsión que el desplazamiento diagonal de cada puerta y ventana es pequeño en condiciones de flexión y torsión, por lo que la estructura de la carrocería del vehículo puede cumplir con los requisitos de rigidez. lt;br /gt;
4. Del análisis modal de la carrocería del automóvil, se puede ver que las primeras seis frecuencias naturales del bastidor de la carrocería son todas inferiores a 20 Hz, y la frecuencia de excitación de la carretera es a menudo es inferior a 20 Hz, lo que provocará que la estructura de la carrocería sufra vibraciones y provocará un ruido excesivo en el automóvil. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo un diseño de optimización dinámica de la estructura de la carrocería y aumentar la frecuencia natural de la carrocería. lt; br /gt;
lt; br /gt;
5 Diseño óptimo de la estructura de la carrocería br /gt; diseño Hay muchas soluciones de diseño factibles para problemas generales de ingeniería Cómo encontrar la mejor solución entre muchas soluciones factibles de acuerdo con las tareas y requisitos de diseño es la tarea principal del trabajador del diseño. La práctica ha demostrado que el diseño óptimo de la estructura es un método eficaz para garantizar un excelente rendimiento del producto, reducir el peso o volumen de la estructura y reducir el costo del proyecto.
El surgimiento de los métodos de optimización se remonta a la era de Newton, Lagrange y Cauchy. Newton, Leibnitz y Weirstrass sentaron las bases para el cálculo variacional; Lagrange creó un método de optimización de problemas restringidos que contenía multiplicadores específicos y lo denominó método de Cauchy. fue el primero en aplicar el método de descenso más pronunciado para resolver problemas de minimización sin restricciones. A pesar de esto, hubo pocos avances en los métodos de optimización hasta mediados del siglo XX. No fue hasta más tarde que la aparición de computadoras de alta velocidad hizo posible optimizar los programas, lo que impulsó el desarrollo de varios métodos nuevos. Antes de la década de 1950, los métodos matemáticos utilizados para resolver problemas de optimización se limitaban a los métodos diferenciales clásicos y los métodos variacionales. El principal avance en el campo de los métodos numéricos de optimización sin restricciones no se produjo en el Reino Unido hasta la década de 1960. Los métodos de programación matemática se utilizaron por primera vez para la optimización estructural y se convirtieron en la base teórica de los métodos de optimización en programación lineal y programación no lineal. están entre ellos. En 1947, Dantzig propuso el método simplex para resolver problemas de programación lineal; en 1957, Bellman propuso la teoría de optimización para problemas de programación dinámica. A principios de la década de 1960, Zoutendijk y Rosen hicieron grandes contribuciones a la programación no lineal. La investigación de Canon, Fiacco y McClomick permite resolver muchos problemas de programación no lineal utilizando métodos de optimización sin restricciones. La programación geométrica fue desarrollada por Duffin, Zener y Peterson en los años 1960. En resumen, el trabajo de diseño de optimización incluye las dos partes siguientes: 1. Transformar el modelo físico del problema de diseño en un modelo matemático. Al establecer el modelo matemático, seleccione las variables de diseño, enumere la función objetivo y proporcione las restricciones. 2. El uso de métodos de optimización apropiados para resolver modelos matemáticos se puede reducir al problema de encontrar el valor extremo y el valor óptimo de la función objetivo en determinadas condiciones. El diseño de optimización mecánica es un proceso que selecciona variables de diseño, establece una función objetivo y obtiene el valor óptimo bajo condiciones ambientales o de carga determinadas, dentro de las limitaciones del rendimiento del producto mecánico, las relaciones de tamaño geométrico u otros factores de un método de diseño. El diseño de optimización de ingeniería real se puede dividir en dos ramas: método de programación matemática y método de criterio según sus diferentes principios. Según sus diferentes niveles de optimización, se puede dividir en optimización del esquema general y optimización de parámetros de diseño. lt;br /gt;
5.2 Optimización del diseño en el software ANSYSlt;br /gt;
El programa ANSYS proporciona un proceso cíclico de análisis, evaluación y corrección del plan de diseño. Optimice, analice el diseño inicial, evalúe los resultados del análisis de acuerdo con los requisitos del diseño y luego modifique el diseño. Este proceso cíclico se repite hasta que todos los diseños cumplan con los requisitos y se obtenga la solución de diseño óptima. lt;br /gt;
5.2.1 Método de optimizaciónlt;br /gt;
ANSYS proporciona dos métodos de optimización, el método de orden cero y el método de primer orden. La mayoría de los problemas de optimización pueden utilizar estos dos métodos. El método de orden cero (método directo) es un método de procesamiento muy completo, que tiene dos conceptos importantes: el método de aproximación de la función objetivo y las variables de estado, y la optimización de restricciones. El problema se transforma en un problema de optimización sin restricciones. El método utiliza aproximaciones de todas las variables dependientes (variables de estado y funciones objetivo) en lugar de sus derivadas, trabajando con aproximaciones de las variables dependientes en lugar de funciones reales se aproxima a su valor mínimo en lugar de utilizar la función objetivo real; La aproximación de variables utiliza restricciones de diseño en lugar de variables de estado reales y puede manejar eficazmente la mayoría de los problemas de ingeniería. Todas las variables deben al menos adaptarse a todos los conjuntos de diseño existentes para formar una fórmula aproximada: lt; br /gt;
El método de primer orden (método indirecto) se basa en la sensibilidad de la función objetivo a la variables de diseño, utilizando factores La derivada de primer orden de la variable se utiliza para determinar la dirección de búsqueda y obtener el resultado de la optimización. Debido a que no hay aproximación, la precisión es muy alta, especialmente cuando la variable dependiente cambia mucho y el espacio de diseño es. relativamente grande, es más adecuado para un análisis de optimización preciso. Cada iteración implica múltiples análisis (múltiples bucles sobre los archivos analizados) para determinar la dirección de búsqueda adecuada, por lo que el tiempo de análisis es mayor.
Cuando el método de orden cero no es lo suficientemente preciso y la precisión es muy importante, se debe utilizar el método de primer orden para la optimización. lt;br /gt;
5.2.2 Herramientas de optimizaciónlt;br /gt;
El programa ANSYS también proporciona una serie de herramientas de optimización para mejorar la eficiencia del proceso de optimización. Las herramientas de optimización son técnicas para buscar y procesar el espacio de diseño. Las siguientes son herramientas de optimización de uso común: Operación de un solo paso: implemente un bucle y encuentre una solución FEA. La relación cambiante entre la función objetivo y las variables de diseño se puede estudiar a través de una serie de bucles simples, estableciendo diferentes variables de diseño antes de cada solución. Método de búsqueda aleatoria: realice múltiples ciclos y las variables de diseño cambian aleatoriamente en cada ciclo. Puede especificar el número máximo de bucles y el número de expectativas y entendimientos. Se utiliza principalmente para estudiar todo el espacio de diseño y proporcionar una comprensión razonable para futuros análisis de optimización. A menudo se utiliza como tratamiento preliminar para métodos de orden cero. Método de búsqueda de pasos iguales: tomando una secuencia de diseño de referencia como punto de partida, se generan varias secuencias de diseño. Las variables de diseño se cambian dentro del rango de variación después de cada cálculo en un solo paso para completar el análisis de escaneo dentro del espacio de diseño. La evaluación de cambios generales en la función objetivo y las variables de estado se puede lograr utilizando esta herramienta. lt; br /gt;
Método de cálculo del multiplicador: es una herramienta estadística que utiliza tecnología de segundo orden para generar valores de secuencia de diseño en puntos extremos del espacio de diseño. Se utiliza principalmente para calcular la relación y la influencia mutua entre la función objetivo y la variable de estado. Método de gradiente óptimo: para una secuencia de diseño de referencia especificada por el usuario, calcule el gradiente de la función objetivo y las variables de estado con respecto a las variables de diseño, y determine la sensibilidad del diseño local. lt;br /gt;
5.2.3 Variables de optimizaciónlt;br /gt;
Las variables de diseño, las variables de estado y las funciones objetivo se denominan colectivamente variables de optimización. Las variables de diseño son variables independientes y los resultados de optimización se obtienen cambiando los valores de las variables de diseño. La variable de estado es un valor numérico que restringe el diseño. Es una "variable dependiente" y una función de la variable de diseño. La variable de estado puede tener límites superior e inferior, o puede tener solo restricciones unilaterales, es decir, sólo límites superiores o inferiores. La función objetivo es el valor que el diseño minimiza o maximiza y es función de las variables de diseño. El cambio en el valor de la función objetivo del mejor diseño razonable al diseño actual debe ser menor que la tolerancia de la función objetivo. Un diseño razonable se refiere a un diseño que satisface todas las restricciones dadas (restricciones sobre las variables de diseño y restricciones sobre las variables de estado). Si no se cumple alguna de estas restricciones, el diseño se considera irrazonable. El diseño óptimo es aquel que satisface todas las restricciones y obtiene el valor mínimo de la función objetivo. (Si todas las secuencias de diseño no son razonables, entonces el diseño óptimo es el diseño más cercano a lo razonable, independientemente del valor de la función objetivo)lt;br /gt;
5.3 Diseño óptimo de la estructura de la carrocería br; /gt;
5.3.1 Modelo de optimización paramétrica lt; br /gt;
Para realizar el diseño óptimo de la estructura corporal, en primer lugar se utiliza un modelo paramétrico de la carrocería. Se debe establecer la estructura corporal. Usamos un modelo temprano de elementos finitos estáticos de la estructura corporal como prototipo para su modelo paramétrico. Dado que el modelo se construyó sin parametrización, las unidades se deben volver a dividir y el modelo se debe simplificar para que el número de unidades estructurales se controle por debajo de 4000. Durante el proceso de simplificación del modelo, la desviación de cálculo se mantiene dentro de 8, y luego la desviación del cálculo se mantiene dentro de 8. Se extraen nodos, unidades y formas del modelo simplificado. La información del modelo, como parámetros y tipos de unidades, se utiliza para generar archivos de análisis de optimización. El bastidor de la carrocería del vehículo es una estructura de varilla espacial compleja determinada superestáticamente. Las formas de la sección transversal de cada varilla no son las mismas y las cargas que soportan también son muy complejas. Es muy poco realista seleccionar todas las secciones transversales de la varilla. parámetros como variables de diseño de. Según los resultados del cálculo obtenidos del análisis estático de la carrocería del automóvil anterior, sabemos que la condición de torsión es la condición en la que la carrocería sufre la tensión y la torsión más severas. La rigidez del automóvil básicamente cumple con los requisitos, pero la resistencia es. insuficiente, por lo que elegimos la condición de torsión, el área con mayor tensión del bastidor de la carrocería, el área cerca del pilar, el área media del techo y el lugar donde la tensión del bastidor de la carrocería es relativamente pequeña, el. pared trasera, lt;br /gt;
el área de la viga lateral Los parámetros de tamaño de la sección transversal de los miembros se utilizan como variables de diseño.
La tensión de la estructura de la carrocería se selecciona como variable de estado, y los cinco puntos con la mayor tensión en el cuerpo se utilizan como puntos de control de tensión para garantizar que el valor máximo de tensión de la estructura de la carrocería sea menor que la tensión permitida del material. . El peso de la carrocería del vehículo se selecciona como función objetivo, y la carrocería del vehículo se aligera mientras se satisface la intensidad de tensión de la carrocería del vehículo cambiando las variables de diseño. Debido a la forma compleja de la carrocería, es difícil calcular con precisión el peso de la carrocería. Por lo tanto, el peso de la unidad se puede calcular mediante un análisis de elementos finitos y luego se puede obtener el peso de toda la carrocería. superponiendo las unidades una a una. lt;br /gt;
5.3.2 Resultados del cálculolt;br /gt;
Utilizando el método de orden cero proporcionado por el software ANSYS, se realizaron 30 cálculos de optimización iterativos. masa de la carrocería del vehículo Se redujo de los 2169 kg anteriores a 2131 kg de acuerdo con las especificaciones de los perfiles del mercado y las condiciones reales de producción del fabricante, se dimensionaron las dimensiones de la sección transversal optimizadas de las varillas principales. en la tabla lt; br /gt;
Para la carrocería del automóvil en condiciones de flexión y torsión, tome las dimensiones de la sección transversal optimizadas de cada varilla y vuelva a calcular la tensión de flexión de la carrocería. bastidor de la carrocería en la dirección SX de la carrocería en condiciones de flexión y torsión se muestra en la Figura 5.3