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基于HyperMesh二次开发的悬架零件自动分析实例

2022/7/20    来源:Altair    作者:唐诚成  魏秋奕  刘先应      
关键字:HyperMesh  底盘零部件  自动化  摆臂  
悬架作为车架与车轮之间的连接传力装置,是底盘系统中主要的受力件。本文利用HyperWorks二次开发接口,搭建悬架零部件的自动化分析流程,从而提高零部件分析效率与精度。
1 概述

       随着汽车产业在中国的迅猛发展,CAE虚拟仿真技术已广泛运用于产品开发验证中,在缩短研发周期、减少后期设计变动整改、减少试验验证等方面中起着不可忽视的作用。然而CAE仿真中最为耗时的模型前处理过程已然成为制约CAE仿真效率与一致性的瓶颈。本文将以底盘零部件耐久性分析为例,引入流程自动化的概念,以程序的自动运行替代仿真人员的手动操作,极大地提升了CAE虚拟仿真工作效率。

2 Tcl/Tk语言简介

       Tcl(tool command language)是一种用于控制和扩展应用程序的脚本语言,可用于独立开发与嵌入式开发。Tcl作为一种简单的跨平台脚本语言,虽由C语言函数库实现,但不同于C语言,Tcl无面向对象概念,使得Tcl语言使用相当方便。

       Tk是Tcl语言最著名最有用的一个扩展库,用于开发图形用户界面(GUI,Graphical User Interface)的工具包,Tk扩展了Tcl内核的功能,增加了创建GUI的命令,使得用户可以方便地定制各种自定义窗口。

3 悬架零部件分析流程

       悬架是车架(或承载式车身)与车轮(或车桥)之间的传力连接装置。通过悬架将路面作用于车轮上的支承力、驱动力、制动力、侧向反力以及相应的力矩传递至车架,以保证汽车的正常行驶。悬架作为汽车行驶中的主要受力件,其零部件的强度及刚度对整车安全行驶有很大影响,而悬架零部件的设计、调校难度大,质量要求高,所以对悬架零部件的分析至关重要。

       根据不同轮胎选型采用多体动力学方法得到全分析载荷下各工况的悬架接附点载荷,工况分为制动工况、转向工况、上跳工况、回弹工况。采用惯性对零部件进行静强度分析。具体流程如下图1流程所示:

悬架零部件静强度分析流程

图1 悬架零部件静强度分析流程

4 自动模块化实现

       HyperMesh作为Altiar公司出品的全球领先的CAE前处理工具,可以快速建立高质量的CAE分析模型。HyperMesh特意为用户预留了程序二次开发接口以满足用户对复杂操作及重复操作想通过自动化流程实现的需求。本实例便是运用HyperMesh二次开发接口对上述悬架零部件分析进行自动化流程开发,以提升建模一致性与工作效率。

       本文以悬架零部件中摆臂为例进行自动化分析流程实例展示。在HyperMesh软件标签区域(Tab Area)通过软件提供的Tcl GUI commands函数建立如下图2所示嵌入式用户操作界面。将摆臂强度分析与疲劳分析流程分别集成至各自的标签页中,固化用户建模流程步骤,方便用户直接操作。

嵌入式用户操作界面开发图

图2 嵌入式用户操作界面开发图

       具体实施过程如下(以摆臂强度为例):

       2.1 接附点创建与刚性单元自动创建

       识别用户定义的底盘零部件接附点信息文件,自动提取硬点位置并创建相应的硬点,并针对硬点位置信息自动识别周围不同的单元类型,进行接附点刚性单元抓取定义。如下图3所示。

不同结构类型硬点自动化处理图

图3 不同结构类型硬点自动化处理图

       2.2 螺栓自动创建

       部分A字型下摆臂结构需要通过摆臂球铰进行载荷传递,如下图4所示,该摆臂球铰与摆臂本体以螺栓连接。

       自动化分析流程可自动识别螺栓创建需求,进行螺栓自动创建及连接。

螺栓自动创建示意图

图4 螺栓自动创建示意图

       2.3 材料数据库导入与识别

       导入企业材料数据库,自动进行牌号识别与属性匹配,对无法匹配或者出错的牌号进行报错,提醒工程师处理未自动匹配的材料参数信息。

       2.4 分析工况文件处理与加载批处理

       自动化分析流程自动识别多体动力学方法分解的全分析载荷下各工况的悬架接附点载荷文件,自动批处理加载至各个接附点上。

       2.5 分析文件生成与导出

       自动化分析流程将处理完毕的分析模型整合,通过HyperMesh提供的模型导出二次开发接口,自动导出CAE分析文件。

4 分析对比结果与结论

       为验证自动化分析流程的可行性,特进行了同一模型的手动分析自动分析对比。下图5为某车型下摆臂某工况分析手动分析与自动化处理分析结果对比图,从对比结果可明显看出,两次分析最大应力均为176.8Mpa,云图几乎完全一致。自动化分析结果可靠,完全可以替代手工前处理。

手动分析自动分析结果对比图

图5 手动分析自动分析结果对比图

       本实例旨在用HyperMesh二次开发接口对摆臂分析进行自动化流程搭建,创建了分析特有的嵌入式用户操作界面。将硬点建立、刚性单元创建、螺栓创建等过程进行了程序固化,保证了不同分析的一致性与分析精度,同时大大的提升了分析效率。
责任编辑:程玥
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