1 前言
CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)技術(shù)的發(fā)展大大增強(qiáng)了設(shè)計(jì)者通過仿真預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能的能力。多樣化的CAE技術(shù)不僅可以用預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能也可以用產(chǎn)品開發(fā)流程中。優(yōu)化技術(shù)就是產(chǎn)品開發(fā)過程中CAE技術(shù)一個(gè)重要的應(yīng)用,F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法正從傳統(tǒng)的依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或者樣件試驗(yàn)驗(yàn)證方法向滿足自動(dòng)化和性能優(yōu)化要求的多學(xué)科集成方法上轉(zhuǎn)變。多學(xué)科集成方法主要基于數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù),可以減少物理樣機(jī)試驗(yàn),而且達(dá)到產(chǎn)品要求性能的效率非常高。
現(xiàn)代汽車上扭梁懸架開發(fā)已經(jīng)朝著輕量化和高性能方向發(fā)展。輕量化不僅可以降低整車的質(zhì)量提高整車動(dòng)力性,還可以降低后懸架簧下質(zhì)量提高懸架的響應(yīng)速度,尤其后懸架在操縱穩(wěn)定性和舒適性方面對(duì)整車的影響非常大。多學(xué)科優(yōu)化方法本質(zhì)上是通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化扭梁懸架使其滿足包括動(dòng)力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等性能要求,見圖1。
圖1 扭梁懸架多學(xué)科聯(lián)合優(yōu)化
在汽車行業(yè)里為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,通過一個(gè)產(chǎn)品模型同時(shí)優(yōu)化這個(gè)產(chǎn)品的各方面性能變得越來越重要,而且發(fā)展速度也很快。扭梁懸架的設(shè)計(jì)過程中就要求同時(shí)滿足多方面的性能,像動(dòng)力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性等。但是現(xiàn)有的多學(xué)科共同設(shè)計(jì)方法耗時(shí)很長(zhǎng),因?yàn)椴粌H需要做許多重復(fù)工作還要手動(dòng)更新每一個(gè)過程分析數(shù)據(jù),效率非常低。由于數(shù)據(jù)量大手動(dòng)傳遞結(jié)果數(shù)據(jù)還容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過統(tǒng)計(jì)表明自動(dòng)化集成優(yōu)化要比手動(dòng)每一個(gè)方面單獨(dú)優(yōu)化節(jié)省80%的時(shí)間。多學(xué)科集成優(yōu)化技術(shù)的本質(zhì)是模型數(shù)據(jù)在集成系統(tǒng)中每一個(gè)CAE分析軟件中被確認(rèn)、傳遞和求解,最后經(jīng)過判斷得到滿足所有性能要求的優(yōu)化模型。本文以ADAMS分析結(jié)果為最終目標(biāo)對(duì)某物理樣機(jī)扭梁懸架的主要性能部件一扭梁的厚度和外形進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
2 自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析
本文通過將手動(dòng)設(shè)置設(shè)計(jì)分析過程自動(dòng)化執(zhí)行使每個(gè)分析循環(huán)的總消耗時(shí)間縮短為22分鐘。因?yàn)槊恳粋(gè)軟件部分都采用執(zhí)行批處理命令方式分析,檢查每部分分析的中間結(jié)果和參數(shù)也非常方便。
2.1 設(shè)計(jì)分析組成
2.1.1 CATIA三維設(shè)計(jì)
本文中對(duì)縱臂、彈簧座、減振器座、襯套座、輪轂連接板等對(duì)性能影響不大零件直接借用,對(duì)扭梁的厚度和外形在CATIA中進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。將扭梁分成中間段、過渡段和端部三部分,對(duì)中間段和過渡段分別進(jìn)行參數(shù)化,通過修改參數(shù)以便生成不同的結(jié)構(gòu)。
圖2 CATIA三維設(shè)計(jì)
2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)分析
扭梁懸架作為柔性體應(yīng)用在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與K&C分析中,柔性體的生成需要使用Nastran軟件對(duì)扭梁有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析。通過平衡計(jì)算速度與精度來決定模態(tài)分析輸出的模態(tài)數(shù)量,見圖3。
圖3 標(biāo)準(zhǔn)模態(tài)分析
2.1.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
本文結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析工況采用側(cè)傾與側(cè)向力復(fù)合工況。在ADAMS/Car中用扭梁懸架柔性體模型進(jìn)行復(fù)合工況的分析,確定最易破壞的位置和該位置節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力,見圖4。
圖4 負(fù)荷工況結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
2.1.4 K&C特性分析
扭梁懸架K&C特性使用ADAMS/Car進(jìn)行分析。主要評(píng)價(jià)側(cè)傾、側(cè)向力和縱向力工況中的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù),見圖5。
圖5 ADAMS K&C特性分析
2.2 設(shè)計(jì)分析自動(dòng)化流程
本文使用Isight優(yōu)化分析軟件驅(qū)動(dòng)上述設(shè)計(jì)分析軟件。流程中:①先由Catia生成扭梁幾何;②Hypermesh對(duì)扭梁幾何劃分網(wǎng)格并交由Nas tran進(jìn)行模態(tài)分析,生成包含應(yīng)力信息和剛度信息的模態(tài)中性文件;③ADAMS/Car利用上一步模態(tài)中性文件建模,進(jìn)行側(cè)傾一側(cè)向力復(fù)合工況結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析;④ADAMS/Car中分析扭梁懸架的典型K&C工況。整個(gè)設(shè)計(jì)分析流程如圖6、圖7所示。
圖6 扭梁懸架自動(dòng)化設(shè)計(jì)優(yōu)化流程
圖7 Isight集成優(yōu)化流程
3 優(yōu)化
本文以扭梁懸架的關(guān)鍵部件一扭梁的厚度和截面參數(shù)為變量,以扭梁懸架的強(qiáng)度特性、K&C特性為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。
3.1 扭梁懸架優(yōu)化目標(biāo)
確定合適的影響扭梁懸架性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)在整個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化流程中非常重要。設(shè)計(jì)目標(biāo)確定不夠最后扭梁懸架的性能滿足不了要求,設(shè)計(jì)目標(biāo)過多又會(huì)增加設(shè)計(jì)優(yōu)化流程的效率。因此本文選擇扭梁懸架的8個(gè)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)。
(1)最大應(yīng)力(最。
(2)側(cè)傾中心高(≤上限值)
(3)底盤側(cè)傾剛度(下限值≤目標(biāo)值≤上限值)
(4)側(cè)傾前束梯度(左側(cè)車輪:最大)
(5)側(cè)傾外傾梯度(左側(cè)車輪:最大)
(6)側(cè)向力前束梯度(左側(cè)車輪:最大)
(7)側(cè)向力外傾梯度(左側(cè)車輪:最大)
(8)質(zhì)量(最。
3.2 扭梁懸架優(yōu)化參數(shù)
本文選擇扭梁懸架中扭梁厚度和中間段、過渡段的形狀參數(shù)作為優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。中間段的形狀參數(shù)包括扭梁兩層鋼板的最小間隙、扭梁鋼板的各部分尺寸,過渡段的形狀參數(shù)包括過渡段中間截面尺寸、過渡段引導(dǎo)線形狀,見圖8所示。
圖8 扭梁優(yōu)化參數(shù)
3.3 優(yōu)化結(jié)果
本文設(shè)計(jì)優(yōu)化后扭梁懸架應(yīng)力滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,K&C特性滿足動(dòng)力學(xué)要求。
圖9 優(yōu)化數(shù)據(jù)分析
圖10 因素影響分析
圖11 優(yōu)化后最大應(yīng)力從692.3Mp下降到545.6Mp
圖12 K&C特性優(yōu)化后結(jié)果
4 結(jié)論
本文對(duì)某物理樣機(jī)扭梁后懸架進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化,得到的結(jié)論如下:
1.通過自動(dòng)化多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化,大大降低了扭梁懸架的設(shè)計(jì)周期。
2.本文優(yōu)化流程扭使桿式懸架中扭梁參數(shù)的變化對(duì)懸架性能影響很容易明確。
3.扭梁設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化后懸架整體性能有明顯提高。
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本文標(biāo)題:基于ADAMS的扭梁懸架多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)
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