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基于Adams-Marc联合仿真技术的悬架零件早期设计评估

2015/11/24            
关键字:多体动力学  Adams  仿真  
本文介绍了MSC公司开发的Adams-Marc联合仿真技术,然后列举了Volvo车辆集团将Adams-Marc联合仿真应用在Volvo S80前悬架上时,精准的预测了侧滑刮蹭路牙石的2级载荷特性。

    汽车在使用过程中可能会经历数次由于误操作,过载,或者翻越、刮蹭、碰撞路牙石而引起的强度问题。这些对产品耐久度有重大影响的载荷形式因其对部分零件的设计有潜在的导向作用而在产品设计中显得尤为重要。在Volvo公司,“行驶翻越路牙石”和“侧滑刮蹭路牙石”的强度问题被分为1级和2级两类。1级载荷表示在用户的极端使用情况下,仍然保证车辆一切功能正常,零件没有明显可见的变形。2级载荷包含了用户在错误使用和安全失效情况下的可接受程度的损坏。结构变形在没有发生分离和破坏的情况下是可以被接受的。对于2级载荷,一种理想情况是通过预先设定廉价可替换的零件的变形,来达到保护周围零件的目的,这种设计原则叫做链式失效。

面临的挑战

    能够以较高的精确性对峰值载荷进行仿真对设置零件设计载荷和研究车辆性能起到非常重要的作用。Volvo应用多体动力学软件Adams仿真在“行驶翻越路牙石”和“侧滑刮蹭路牙石”的1级载荷情况。在Adams中,需仿真的零件被建立成线性柔性体。这种仿真方法允许柔性体发生线性材料响应,只适用于小塑性变形。而故刚好适用1级载荷的情况。

    另一方面,2级载荷牵涉到柔性体的塑性变形和屈曲,这种情况在目前的Adams中无法仿真得到足够精准的结果。侧滑刮蹭路牙石的载荷情况已经在给定速度和冲击角度的质量块撞击车辆的实际实验中得到了验证。这个实验需要搭建昂贵的实验原型设备,而且只能在产品开发周期后期进行。Volvo的耐久性CAE技术专家Anders Wirje表示:“我们希望有技术能进行2级载荷的仿真,这样就能在产品开发周期的早期评估悬架的设计,而不用为每个设计方案都搭建试验台。”

解决方案/验证

    MSC公司最近开发了Adams-Marc联合仿真技术,这种技术在首次让几何非线性和材料非线性的结构特性在多体动力学仿真中得到实现。任何Adams和Marc的模型的都能在联合仿真中使用,而后处理又是相对独立的。Adams得到的结果在Adams中,Marc得到的结果在Marc的后处理中,或者在Computational Engineering International公司EnSight的后处理中能同时导人Adams和Marc的结果。

    当设置侧滑刮蹭路牙石的联合仿真模型时,下控制臂在Marc中与车体之间用衬套连接,其余的车辆模型则建立在Adams/car中。由于峰值载荷的极端性,零件建模对仿真精度影响巨大。所有零件都会用它们的全波段激励表示,关键零件和特性的建模包括:

    ·路牙石和轮胎、轮毂间的接触

    ·弹性连接,即衬套

    ·悬架的刚度

    ·结构件弹性变形、塑性变形及屈曲

    Adams运行动力学分析的同时,Marc则进行准静力分析,这表示不考虑各零件的质量和惯性。在Marc中进行考虑质量效应的瞬态分析也是有可能的。Adams引导联合仿真,然后反馈结果到Marc中。Marc把从Adams中得到的结果进行插值运算,然后再把得到的结果传递给Adams。Adams再在下一步中推算这些结果。整个模拟时间是07秒,数据传递间隔是5e-4秒,而整个仿真过程在16G RAM和2.7GHz CPU的Dell笔记本电脑上用时40分钟,这是非常合理的。

图1 侧滑碰撞路牙石的实验测试

图1 侧滑碰撞路牙石的实验测试

    Adams-Marc联合仿真应用在Volvo S80前悬架上时,精准的预测了侧滑刮蹭路牙石的2级载荷特性。无论是低速碰撞(1级载荷)还是高速碰撞(2级载荷),仿真都能得到与实验测试相同的结果。

结果/收益

    精准仿真2级载荷的能力将充分提高产品开发的水平。“从产品研发的初级阶段开始,我们就有能力评估在2级载荷的作用下,不同方案设计的效果。”Wirje说道:“这种能力能够同时快速简单的考察每个设计方案而不会被束缚手脚,实现了既满足任务要求的同时,又减轻了悬架的质量,满足了车辆的燃油经济性。与此同时,我们可以在一开始就通过进行精确的产品开发来节省消耗在悬架研发上的资金和时间,因此原型验证过程可以大大缩短。当然,在这些项目之后,全部的实验验证都会相继展开。

关于Volvo车辆集团

    Volvo车辆集团制造和销售SUV,旅行车和轿车。销售业绩创造了记录,达到465,866辆,比去年同期相比增加了8.9%。从2010起,Volvo的轿车部分由中国浙江的吉利公司持有。

责任编辑:吴星星
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