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基于HyperMesh二次开发的悬架CAE强度与台架疲劳分析的流程优化

2022/7/22    来源:Altair    作者:魏秋奕  唐诚成  刘先应      
关键字:CAE  强度疲劳  悬架  HyperMesh  
汽车悬架CAE强度与疲劳分析中,通常悬架CAE网格模型创建需要耗费大量时间,尤其是复杂的连接单元创建。在建模过程中,错误的操作极易影响计算精度及计算收敛情况。为优化悬架分析过程,利用HyperMesh二次开发功能,用TCL/TK语言开发了悬架自动创建辅助程序,提高分析效率同时固化部分分析流程。
引言

       悬架系统是乘用车底盘的重要组成部分,一般包含减震器,悬架弹簧,转向节,橡皮衬套等,用于传递轮胎与底盘之间的力和扭矩,缓冲因路面引起的震动,保证平顺驾驶。因此,悬架强度与疲劳分析是汽车领域一项重要实验分析内容。HyperMesh是一款强大的的CAE前处理软件,提供了丰富的二次开发接口。本文运用TCL/TK语言在HyperMesh二次开发接口中编写悬架分析辅助程序,帮助工程师快速完成前处理工作。

1.悬架分析二次开发思路与流程

       1.1 悬架模型创建流程及思路

       在HyperMesh中创建悬架有限元模型时,一般流程如图1所示。首先依次导入做好的零部件网格模型,再创建各部件之间的连接单元。连接类型包括球铰连接,万向节连接,橡胶衬套连接等。第二步创建连接单元,包括建立单元,根据转动关系选择单元类型,创建局部坐标系以及建立材料属性。这一步人工操作步骤复杂,操作项数量多,容易产生误操作。为了提升模型创建效率,并固化此处因人为操作习惯导致的不同创建方法,利用TK语言编写友好用户的交互界面,并自动完成模型创建。

创建悬架有限元模型一般流程

图1 创建悬架有限元模型一般流程

       1.2 简化悬架模型

       悬架模型虽然结构复杂,但各硬点坐标位置固定,以麦佛逊前悬为例(图2所示)。二次开发中间过程将悬架模型进行简化,由bar单元连接所有硬点,用桁架结构代替悬架各零部件,bar单元之间连接关系与悬架的连接关系一致。此时桁架模型可用于检测零部件连接方式是否正确,因桁架模型结构简单,也能通过快速计算检查悬架结构是否正确。

悬架模型

图2 悬架模型

       1.3 导入实际模型进行替换

       当桁架模型建立完成后,导入网格模型(无连接单元)进行硬点和连接单元替换,删掉之前所创建的bar单元。此时可进行局部替换或全部替换,既可全部替换后完成悬架系统创建,也可单件替换,其他件仍由bar单元模拟,可用于检查单个零部件在系统中的表现。

2.二次开发程序编写及实例应用

       2.1 交互界面

       悬架分析二次开发过程中,首先根据模型需求信息由TK语言创建交互界面,以麦佛逊前悬为例(如图3所示)。

悬架分析二次开发

图3 悬架分析二次开发

       此时用户可选择Input File Artificially button选项手动输入硬点信息,连接类型,弹簧刚度,弹簧初始长度等信息,也可选择Input File Auto-Read button,按照格式创建并导入包含硬点信息及局部坐标系信息的.txt文件,并导入衬套材料.bus文件。不同的悬架结构有不同的交互界面,工程师可根据结构选择。

       2.2 简化模型创建 

       完成输入的信息后,程序自动创建好由bar单元组成的桁架模型(图4所示)。黄色硬点处代表连接单元节点。杆件结构创建完成后,可直接调用求解器计算检查连接关系,或手动检查连接单元信息和局部坐标系。

由bar单元组成的桁架模型

图4 由bar单元组成的桁架模型

       2.3 替换实际模型

       在简化模型建成后,导入网格模型。此时工程师可选择局部替换或整体替换,界面如图5所示。

替换实际模型界面

图5 替换实际模型界面


       导入相应网格模型后,进入Replace Template界面。当进行局部替换时,导入模型后选择ReplacePart单击OK按钮,程序只替换掉表示该零部件的bar单元,保留其他bar单元。当进行全面替换时,导入所有网格后选择Replace All,程序将连接单元与之对应的单元进行替换,删除所有bar单元。替换完成后,整个悬架模型就创建完成了。

       同时工程师可拉开command窗口,此时程序输出替换掉的硬点ID号,方便工程师根据硬点编号检查是否所有连接单元替换完成。此时流程图的第二步已由程序完成,工程师可导入工况文件或手动创建约束与载荷,完成计算模型并提交计算。

3.结论

       通过手动操作与程序自动创建结果云图对比,最大应力误差百分比约0.3%,最大位移误差百分比为0.08%,结果对比在可接受范围之类。通过HyperWorks软件二次开发接口,由TCL/TK语言创建辅助程序,自动化部分流程,在提高工程师工作效率同时固化操作流程,降低工作强度,并保证分析方法一致性,为后续类似分析提供方便。

责任编辑:程玥
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