1 前言
汽車雨刮電機(jī)支架是車身的重要焊接件,作為雨刮電機(jī)總成的安裝點(diǎn),在保證其安裝精度的同時(shí),支架安裝點(diǎn)剛度性能將直接影響到零件的使用性能和裝配性能。在汽車零件正向開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)初期,雨刮電機(jī)支架表面的加強(qiáng)筋布置形式需要通過(guò)CAE分析優(yōu)化來(lái)提供方案,進(jìn)行設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
Altair公司的優(yōu)化分析軟件OptiStruct,內(nèi)含一個(gè)準(zhǔn)確快速的有限元求解器,用于進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和細(xì)化設(shè)計(jì)。OptiStruct特點(diǎn)有:在概念設(shè)計(jì)階段應(yīng)用優(yōu)化、為減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量及其相關(guān)費(fèi)用提供強(qiáng)有力工具、以最少的輸入產(chǎn)生優(yōu)化的初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、減少進(jìn)入市場(chǎng)前的設(shè)計(jì)周期、補(bǔ)足現(xiàn)有的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)流程。應(yīng)用Topography技術(shù)的形貌優(yōu)化面板操作使用非常方便,只需定義一個(gè)或若干個(gè)起筋區(qū)域,設(shè)定加強(qiáng)筋的最小寬度、起筋角度和高度即可進(jìn)行優(yōu)化分析計(jì)算。同時(shí),考慮到加工工藝,軟件還提供了多種加強(qiáng)筋的布置形式。優(yōu)化后的加強(qiáng)筋形狀可以通過(guò)OSSmooth工具直接產(chǎn)生有限元網(wǎng)格和CAD數(shù)據(jù),供優(yōu)化方案的解讀和設(shè)計(jì)。
本文雨刮電機(jī)支架的安裝點(diǎn)剛度分析,截取了設(shè)計(jì)車型部分車身模型。首先分析基礎(chǔ)模型的安裝點(diǎn)剛度,再以目標(biāo)車型設(shè)計(jì)目標(biāo)的剛度值為性能約束,使用OptiStruct的形貌優(yōu)化方法,得到加強(qiáng)筋分布云圖,結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和材料成型工藝,解讀和處理優(yōu)化結(jié)果,重新設(shè)計(jì)雨刮電機(jī)支架。經(jīng)安裝點(diǎn)剛度性能驗(yàn)證分析,加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化效果顯著。有效規(guī)避了汽車產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到了預(yù)期的目的。
2 基礎(chǔ)模型的安裝點(diǎn)剛度分析
2.1有限元模型建立
本文雨刮電機(jī)支架安裝點(diǎn)剛度分析截取設(shè)計(jì)車型的部分車身模型。零部件基本都是薄板類零件,以SHELL單元對(duì)模型進(jìn)行離散,點(diǎn)焊和縫焊采用剛性單元模擬。模型單元數(shù)約2.28萬(wàn),節(jié)點(diǎn)數(shù)約2.36萬(wàn)。鈑金件的材料彈性模量E=210000MPa,密度p=7.83×10-9Ton/mm3,泊松比μ=0.3。雨刮電機(jī)支架安裝點(diǎn)剛度分析時(shí),約束車身模型截?cái)嗵幑?jié)點(diǎn)所有自由度,對(duì)雨刮電機(jī)安裝孔中心P1、P2和P3分別沿安裝法向施加100N集中力,有限元分析模型如圖1所示。
圖1 雨刮電機(jī)支架分析模型
2.2基礎(chǔ)模型分析結(jié)果
分析得到雨刮電機(jī)支架安裝點(diǎn)P1、P2和P3的剛度分析云圖如圖2所示。
圖2 基礎(chǔ)模型安裝點(diǎn)剛度分析云圖
安裝點(diǎn)剛度值的計(jì)算公式為:K=F/d(N/mm)。計(jì)算得到基礎(chǔ)模型分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 基礎(chǔ)模型分析結(jié)果
3 形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1優(yōu)化分析定義
由于設(shè)計(jì)目標(biāo)車型的雨刮電機(jī)支架安裝點(diǎn)剛度不能低于500N/mm,由基礎(chǔ)模型摸底可知,P1、P2和P3點(diǎn)的剛度性能均未達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。需要在不增加結(jié)構(gòu)重量的情況下,通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的形貌優(yōu)化分析手段,提出雨刮電機(jī)支架表面加強(qiáng)筋的布置設(shè)計(jì)方案。
在與基礎(chǔ)模型相同的分析加載工況下,形貌優(yōu)化分析的性能約束為P1、P2和P3點(diǎn)安裝剛度大于500N/mm,即加載點(diǎn)位移均小于0.2mm,目標(biāo)函數(shù)為加權(quán)應(yīng)變能最小。設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋參數(shù)Minimun Width值為6mm,Draw Angle值為60度,控制Buffer Zone,避免起筋區(qū)域與非設(shè)計(jì)區(qū)域之間產(chǎn)生突變。設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)橛旯坞姍C(jī)支架的安裝平面綠色區(qū)域,避開(kāi)安裝點(diǎn)位置,藍(lán)色區(qū)域?yàn)榉窃O(shè)計(jì)區(qū)域。如圖3所示。
圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域示意
3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
經(jīng)過(guò)十二步迭代,雨刮電機(jī)支架形貌優(yōu)化的分析結(jié)果云圖如圖4所示。結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和材料成型工藝,解讀和處理優(yōu)化結(jié)果,設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋布置,重新設(shè)計(jì)的雨刮電機(jī)支架CAD模型如圖5所示。
圖4 形貌優(yōu)化分析結(jié)果云圖
圖5 加強(qiáng)筋布置設(shè)計(jì)的CAD模型
4 優(yōu)化模型的性能驗(yàn)證
在與基礎(chǔ)模型相同的分析加載工況下,汽車雨刮電機(jī)安裝支架優(yōu)化模型的安裝點(diǎn)剛度分析結(jié)果云圖如圖6所示,驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。
圖6 優(yōu)化模型安裝點(diǎn)剛度分析云圖
表2 雨刮電機(jī)支架優(yōu)化模型驗(yàn)證結(jié)果
由優(yōu)化模型的安裝點(diǎn)剛度性能驗(yàn)證結(jié)果可知,與基礎(chǔ)模型相比,在雨刮電機(jī)質(zhì)量未增加的情況下,結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析提供的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)布置方案使得安裝點(diǎn)P1、P2和P3的剛度均得到提升。其中,P1點(diǎn)的剛度值約為基礎(chǔ)模型的三倍?梢(jiàn),加強(qiáng)筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果非常顯著。
5 結(jié)論
本文通過(guò)利用OptiStruct完成汽車雨刮電機(jī)支架的加強(qiáng)筋布置優(yōu)化設(shè)計(jì),新的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果顯著,安裝點(diǎn)剛度均得到明顯提升,有效指導(dǎo)了設(shè)計(jì)人員的正向開(kāi)發(fā)工作,規(guī)避了汽車產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的風(fēng)險(xiǎn),降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本,縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。對(duì)于其它零件正向開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),使用OptiStruct進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處:拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/
本文標(biāo)題:OptiStruct在雨刮電機(jī)支架優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
本文網(wǎng)址:http://www.ezxoed.cn/html/support/11121516089.html