ansys课程设计

1、目录一、 问题描述-2二、 模型的建立（gui）-4三、 后处理-14四、 参考文献-16路面冲击载荷作用下汽车的瞬态动力学分析一、问题描述1.1工程背景行驶平顺性是车辆的重要性能之一。良好的平顺性可以提高乘车人员的舒适性，延长零部件使用寿命，提高运输效率并降低油耗。车辆悬架系统中座椅、轮胎的特性参数是影响整车行驶平顺性的主要因素，用传统的经验公式来确定悬架座椅、轮胎等的特性参数常常不尽如人意，往往需要经过多次样车试验、修改才能获得较合理的参数匹配方案，且开发周期长、费用高。本次试题使用ansys分析9自由度整车模型受路面冲击激励的响应。1.2问题的描述及几何尺寸在研究汽车振动响应时，都要建立

2、汽车振动的数学模型。对于简单模型，我们采用拉格朗日方程法等推导数学模型非常简单，但对于复杂模型，手工推导则显得复杂且容易出错。从工程应用角度出发，可以用有限元方法分析整车9自由度模型，如图 1-1。图 1-1模型的几何尺寸分别为l1=0.385m，l2= l3=0.7m，=1.0628，=1.4852，c=0.128，轮胎高度为h1=0.4m，车架高度为h2=0.65m，座椅高度为h3=0.035，驾驶员坐姿高度为h4=0.85m。1.3所用单元介绍本课题使用mpc184单元模拟刚性车架，mass21模拟模型中的质量，combin14模拟轮胎、悬架及座椅，下面分别给出具体的说明。整车质量使用单

3、元mass21模拟，其实常数为m1=878.8kg，绕轴的转动惯量为ix,1=1963.36kg·m2，绕y轴的转动惯量iy,1=1963.36kg·m2；前轮胎使用combin14模拟，轮胎刚度kt1=kt3=100055n/m，轮胎阻尼ct1=ct3=1201n·s/m；前轮胎质量使用mass21模拟，质量m6=m8=53kg；前悬架使用combin14模拟，悬架刚度ks1=ks3=92041n/m，悬架阻尼cs1=cs3=1646n·s/m；后轮胎使用combin14模拟，轮胎刚度kt2=kt4=922800n/m，轮胎阻尼ct2=ct4=1101

4、n·s/m；后轮胎质量使用mass21模拟，质量m10=m12=62.5kg；后悬架使用combin14模拟，悬架刚度ks2=ks4=92041n/m，悬架阻尼cs2=cs4=1646n·s/m；座椅使用combin14模拟，座椅刚度kse=10055n/m，座椅阻尼cse=329n·s/m；座椅质量使用mass21单元模拟，座椅质量m3=52kg；驾驶员使用combin14模拟，人体刚度kh=18333.335n/m，人体阻尼ch=1962.5n·s/m；人体质量使用mass21模拟，人体质量m4=70kg。1.4边界条件本课题的边界条件为约束约束轮胎

5、的五个方向的自由度只保留z方向自由；约束刚性车架与悬架连接处的转动自由度，载荷为作用在前后轮胎上面的冲击载荷，其形式如下：作用于前轮胎的冲击载荷：s1t=0.05 0t1e-20 1e-2t4；作用于后轮胎的冲击载荷：s2t=0 0t(a+b)/v0.05 (a+b)/vt1e-20 1e-2+(a+b)/vt4+(a+b)/v；其中：为车速：单位为m/s，本课题取10m/s。二、模型的建立（gui操作）2.1定义文件名cui：utility menu file change jobnane2.2定义参数gui：utility menu parameters scalar parameters

6、在弹出的对话框中的selection中输入m1=878.8，单机accept完成对整车质量的参数定义，按照此方法继续定义车体质量绕x轴的转动惯量ix=1963.39，车体质量绕y轴的转动惯量iy=276.871，左前轮胎刚度kt1=100055，右前轮胎刚度kt3=100055，左前轮胎阻尼ct1=1201，右前轮胎阻尼ct3=1201，左前轮胎质量m6=53，右前轮胎质量m8=53，左前悬架刚度ks1=92041，右前悬架刚度ks3=92041，左前悬架阻尼cs1=1646，右前悬架阻尼cs3=1646，左后轮胎刚度kt2=922800，右后轮胎刚度kt4=922800，左后轮胎阻尼ct2=

7、1101，右后轮胎阻尼ct4=1101，左后轮胎质量m10=62.5，右后轮胎质量m12=62.5，左后悬架刚度ks2=92041，右后悬架刚度ks4=92041，左后悬架阻尼cs2=1646，右后悬架阻尼cs4=1646，座椅刚度kse=10055，座椅阻尼cse=329，座椅质量m3=52，人体刚度kh=18333.335，人体阻尼ch=1962.5，人体质量m4=70，定义车速v=10，车体几何参数l1=0.382，l2=0.7，l3=0.7，a=1.0628，b=1.4852，c=0.128，h1=0.4，h2=0.65，h3=0.35，h4=0.85，定义完毕后单机close。2.3

8、定义单元和材料常数（1）定义单元gui：main menu preprocessor element type add/edit/delete弹出对话框，单击add，在弹出的对话框中的左边选择mass，然后在右边选择3d mass21单元，单击apply；继续在左边选择combination，然后在右边选择spring-damper14单元，单击apply；继续在左边选择constraint，然后在又边选择nonliner mpc184单元，单击apply，继续在左边选择mass，然后在右边选择三维mass21单元，单击ok。（2）定义单元属性在单元类型对话框中选择单元类型mpc184，然后单

9、击options选项，在弹出的对话框中选择rigid beam（刚性梁），单击ok会弹出一个新的对话框保持默认设置，再单击ok；回到单元类型截面，继续选择单元类型4mass21，然后单击options选项，在弹出的对话框中的k3中选择二维w/o rot iner，表示该质量单元的自由度为二维自由度且不包含转动自由度，用来模拟轮胎、悬架、座椅和人体质量，单击ok，然后单击close关闭对话框。（3）定义实常数gui：main menu preprocessor real constants add/edit/delete在弹出的对话框中单击add，在弹出的对话框中选择单元类型mass21，单击o

10、k，在弹出的对话框中输入massx=m1，massy=m1,massz=m1，ixx=ix，iyy=iy，单击ok；继续单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m8，单击ok；单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m6，单击ok；继续单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m10，单击ok；单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m12，单击ok；单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m3，单

11、击ok；单击add，选择单元类型4mass21，单击ok，在弹出的对话框中输入mass=m4，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=kt3，cv1=ct3，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=kt1，cv1=ct1，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=kt2，cv1=cv2，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=kt4，cv1=cv4，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击

12、ok，在弹出的对话框中输入k=ks1，cv1=cs1，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=ks3，cv1=cs3，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=ks2，cv1=cs2，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=ks4，cv1=cs4，单击ok；单击add，选择单元类型2combin14，单击ok，在弹出的对话框中输入k=kh，cv1=ch，单击ok，单击close。2.4建立有限元模型（1）定义节点gui：main menu preproc

13、essor modeling create nodes in active cs在弹出的对话框中输入node=1,x=a,y=-l2,z=0,单击apply。按照此法继续定义其它节点其它坐标分别为2号节点，x=a,y=-l2,z=h1；3号节点，x=a,y=-l2,z=h2；4号节点，x=a,y=l2,z=0；5号节点，x=a,y=l2,z=h1；6号节点，x=a,y=l2,z=h2；7号节点，x=-b,y=l3,z=0；8号节点，x=-b,y=l3,z=h1；9号节点，x=-b,y=l3,z=h2；10号节点，x=-b,y=-l3,z=0；11号节点，x=-b,y=-l3,z=h1；12号节

14、点，x=-b,y=-l3,z=h2；13号节点，x=c,y=l1,z=h2；14号节点，x=c,y=l1,z=h2+h3；15号节点，x=c,y=l1,z=h4+h2；16号节点，x=c,y=l2,z=h2；17号节点，x=0,y=l2,z=h2；18号节点，x=0,y=l1,z=h2；19号节点，x=0,y=0,z=h2；20号节点，x=0,y=-l2,z=h2。（2）定义车体质量单元1） 定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的1mass21，选择r

15、eal中的1，单击ok。2） 创建单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点19，单击ok。（3）定义右前轮胎质量单元1） 定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的4mass21，选择real中的2，单击ok。2） 定义单元gui：main menu preprocessor modeling create el

16、ements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点2，单击ok。（4）定义左前轮胎质量单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的4 mass21，选择real中的3，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点5，单击ok。（5）定义左后轮胎质量单元

17、1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的4mass21，选择real中的4，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点8，单击ok。（6）定义右后轮胎质量单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem at

18、tributes在弹出的对话框中选择type选项中的4mass21，选择real中的5，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点11，单击ok。（7）定义座椅质量单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的4mass21，选择real中的6，单击ok。2）定义单元gui：main menu

19、 preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点14，单击ok。（8）定义人体质量单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的4mass21，选择real中的7，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对

20、话框，用鼠标拾取节点15，单击ok。（9）定义右前轮胎单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的8，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点1和2，单击ok。（10）定义左前轮胎单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor

21、modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的9，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点4和5，单击ok。（11）定义左后轮胎单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combi

22、n14，选择real中的10，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点7和8，单击ok。（12）定义右后轮胎单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的11，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling c

23、reate elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点10和11，单击ok。（13）定义右前悬架单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的12，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点2和3，单击o

24、k。（14）定义左前悬架单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的13，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点5和6，单击ok。（15）定义左后悬架单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling creat

25、e elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的14，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点8和9，单击ok。（16）定义右后悬架单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的1

26、5，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点11和12，单击ok。（17）定义刚性车架单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的3mpc184，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numb

27、ered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点3和6，单击apply，继续拾取节点6和16，单击apply，继续拾取节点16和17，单击apply，继续拾取节点17和9，单击apply，继续拾取节点9和12，单击apply，继续拾取节点12和20，单击apply，继续拾取节点20和3，单击apply，继续拾取节点16和13，单击apply，继续拾取节点13和18，单击apply，继续拾取节点13和18，单击apply，继续拾取节点17和18，单击apply，继续拾取节点18和19，单击apply，继续拾取节点19和20，单击ok。（18）定义座椅单元1）定义单元属性gui：mai

28、n menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的16，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点13和14，单击ok。（19）定义人体单元1）定义单元属性gui：main menu preprocessor modeling create elements elem attributes在弹出

29、的对话框中选择type选项中的2combin14，选择real中的17，单击ok。2）定义单元gui：main menu preprocessor modeling create elements auto numbered thru nodes弹出拾取对话框，用鼠标拾取节点14和15，单击ok，模型图建立完毕，如图1-2：图1-2 模型图2.5设置分析类型gui：main menu solution analysis type new analysis在弹出的对话框中选中transient，含义为进行瞬态问题求解，单击ok，在弹出的对话框中选择完全法（full），不勾选lumpm，表示计算中

30、使用协调一致的质量矩阵，单击ok。2.6设置边界条件（1）定义位移约束gui：main menu solution define loads apply structural displacement on nodes弹出拾取对话框，拾取节点3，6，9和12，单击apply,在弹出对话框中选择约束的自由度：rotx，roty，rotz，单击apply，继续拾取节点1，4，7和10，单击ok,在弹出对话框中选择ux，uy，rotx，roty和rotz，单击ok。（2）定义冲击载荷函数gui：utility menu parameters function define edit弹出函数编辑器操作

31、面板，为了定义多段函数，选择面板中的function type（函数类型）为multivalued function based on regime variable，并设置<regime var /为t，并定义t为时间time的函数。选择regime，设置t的变化范围大于等于0，小于等于1e-2，在result（结果）框后面输入5e-2，继续选择regime，在<upper limit/中输入4，在result（结果）框后面输入0。这样第一个冲击载荷的函数就定义完了。选择行函数编辑器中file/save，然后输入保存文件的名字为fr，单击保存。按照同样方法定义第二个冲击载荷函数，

32、并以文件名bh存储。（3）读入函数转化为表格gui：main menu solution define loads apply functions read file弹出拾取文件对话框，选择刚才定义的fr函数，单击打开，在弹出的对话框中的table parameter name 中输入转换后的表格名为fr，单击ok。按照同样的方法转换函数bh，并设置转换的表格名也为bh。（3）施加冲击载荷gui：main menu solution define loads apply structural displacement on nodes弹出的对话框，拾取节点1和4，单击apply，在弹出的对话框

33、中选择施加冲击的自由度uz，并设置apply as 选项中为existing table，单击ok，选择fr，单击apply，继续选择节点10和7，单击ok，选择uz，单击ok，选择bh，单击ok。2.7设置载荷步（1）设置输出gui：main menu solution load step opts output ctrls solu printout在弹出的对话框中选择输出每一步，即选择every substep，单击ok。（2）设置求解时间步gui：main menu solution analysis type soln controls在弹出的对话框中time at end of loadstep 中输入4，automatic time stepping中选择prog chosen，选择time increment，在time step size 中输入0.005，在最小时间