CATIA设计汽车牵引拖钩强度及耐久性分析有限元模型设置9课件

1、牵引拖钩与车身连接处强度及耐久性分析有限元模型设置过程2022/8/161第1页，共31页。分析目的及模型设置概要检验牵引拖钩与白车身连接处结构强度及耐久性能。其载荷及加载方式参考 Rover Engineering standard RES.52.204有限元模型设置基于整车碰撞模型进行.计算软件为DYNA前后处理软件HyperWorks2022/8/162第2页，共31页。目录分析目的及模型设置概要 2基本分析模型准备1. 分析用模型的截取 4-82. 几何及材料属性的处理 9-13连接的设置及整理1. 连接的设置 142. 连接的检查和整理 15-17模型细化 18-19接触设置 20-

2、24约束添加 25加载 26-28基本control card设置 29-302022/8/163第3页，共31页。基本分析模型准备1. 分析用模型的截取 分析用模型是在整车基础上截取获得的,在截取车身部分时用delete element删除截面以外的单元，不要使用delete component，这样可以避免有用零件被剔除出模型。 2022/8/164第4页，共31页。基本分析模型准备 对于牵引拖钩与车身连接部分模型如下图所示，如果有足够计算资源可以适当增大这个区域。 在删除了截取区域以外的单元之后，清除空的component. (delete component empty)2022/8/

3、165第5页，共31页。基本分析模型准备 注意到本分析主要是进行牵引脱钩与车身连接部分的强度及耐久性校核,从整车上截取的只是车身部分模型而没有牵引拖钩部分的模型,这就需要根据相关参考标准及截取车身的具体情况设计相应的牵引拖钩,设计完成后的模型如下图所示.2022/8/166第6页，共31页。基本分析模型准备 牵引拖钩的设计主要考虑以下问题：拖钩的基本尺寸要参考标准设计，这是首先要保证的；牵引脱钩与白车身的连接部分，与拖钩连接的车身部件主要有BEAM_REAR_ARMATURE及SPARE_WHEEL_WELL两个部件,其中BEAM_REAR_ARMATURE是主要的承载部件，本分析的设计采用了

4、牵引拖钩与BEAM_REAR_ARMATURE焊接的方式；牵引拖钩与SPARE_WHEEL_WELL的连接采用了垫板加螺栓的方式，主要是考虑到SPARE_WHEEL_WEL厚度比较薄的缘故BEAM_REAR_ARMATURESPARE_WHEEL_WELL牵引拖钩2022/8/167第7页，共31页。基本分析模型准备Rigid body 模拟焊接垫板及螺栓连接2022/8/168第8页，共31页。基本分析模型准备2. 几何及材料属性的处理 几何属性及材料属性在整车碰撞模型里已经设置好，但对于结构强度分析模型还需要做些适当的调整。调整之前删除无用的几何属性及材料属性（delete propert

5、y unused, delete material unused) 在整车碰撞模型中为了节约计算时间，零件的积分计算方式设置为2，积分数量点小于等于3。对于结构强度分析为了保证模型的精度对于主要受力零件，可将积分计算方式改为16,并相应的增加积分点的数量。2022/8/169第9页，共31页。基本分析模型准备 此分析的主要受力部位是BEAM_REAR_ARMATURE与车身连接的几个部件及牵引拖钩与SPARE_WHEEL_WELL连接处。所以需要照前面所述修改这些零部件的几何属性。2022/8/1610第10页，共31页。基本分析模型准备 由于考虑了零件冲压后的加工硬化，整车碰撞模型的材料应力

6、应变曲线做了相应的偏置。对于结构强度分析的模型，我们需要把这个偏置去除，具体过程如下：（1）察看材料属性，确认材料曲线编号。 （ 对于应变率相关的材料这里的编号指向的是一个table编号）（2）使用card察看曲线属性2022/8/1611第11页，共31页。基本分析模型准备*这是一个应变率相关的材料表。应变率各个应变率所对应的应力应变曲线编号(3)再次使用card察看各应变率下的材料曲线。可以看到曲线横坐标有-0.05的偏置，将其改为0.2022/8/1612第12页，共31页。基本分析模型准备可以同时选择多条曲线编辑2022/8/1613第13页，共31页。连接的设置及整理 事实上连接在整

7、车碰撞模型中已经设置好，这一步主要是确认截取后的模型连接是否工作正常，同时清理一些无效连接。车身零件连接多采用点焊，在Dyna中是通过*contact_spotweld_id 实现的。（具体实现方式不再叙述）对于座椅锚固点结构强度分析因为同是采用Dyna求解器，点焊的设置不用改动。1. 连接的设置2022/8/1614第14页，共31页。连接的设置及整理例如在删除了某些零件之后会有如图所示的这种自由Beam单元.把它们删除并记录他们所在的位置。之后这些点将会被作为约束点。2. 连接的检查和整理 首先需要依靠肉眼观察是否存在零件连接的缺失或者无效的连接. 尽可能查出更多的不正确连接。这会减少很多

8、计算中的麻烦。 设置模态分析，寻找低频模态，查找不正常的连接。在做模态分析之前可以删除点焊之外的所有接触设置。（Hyper mesh 中的delete group，不过对于extra nodes 因为它也属于连接，需要保留）模态分析的基本设置如下：2022/8/1615第15页，共31页。连接的设置及整理（1）定义 *control_implicit_general（2）定义 *control_implicit_eigenvalue 提取模型的自然模态，所提取模态数量30阶以上（3）定义 *control_termination 2022/8/1616第16页，共31页。连接的设置及整理 模态

9、计算结束后，观察结果，以发现缺失的连接和不正确的连接。通常缺失连接会引起低频模态，根据结果添加连接。（注意模型在没有约束的状态下，会出现6阶低频刚体模态，这是正常的。）2022/8/1617第17页，共31页。模型细化进行牵引拖钩与车身连接处强度及耐久性分析时，模型在载荷工况作用下的传力路径主要有两条：一条是经由牵引拖钩传递给BEAM_REAR_ARMATURE后再传入整个车身；另一条是经由牵引拖钩传递SPARE_WHEEL_WELL后传入整个车身所以在传力过程中一些连接部件的受力是引起应力集中的关键区域，也是本分析考察的重点相应的为提高计算求解结果的精确性，对一些相关部件进行网格细化是十分必

10、要的2022/8/1618第18页，共31页。模型细化螺栓连接2022/8/1619第19页，共31页。接触设置（1）左图标识模型在载荷作作用下的主要传力区域，力的传递除了焊点及螺栓外还有相邻部件之间接触传力，所以为提高求解的精确性，在图中几个部件之间彼此设置接触是比不可少的 接触类型选择 surface to surface 或者 single surface 都可以。在使用surface to surface接触时slave 最好选择被动受力的零件。 通常整车碰撞模型接触已经设置好，为了保证模型的整洁，可以删除所有之前所定义的接触，然后重新定义机构强度分析所需的接触。几个需要定义的接触如下

11、：主要传力区域surface to surface接触2022/8/1620第20页，共31页。接触设置（）模型在一些工况作用下可能发生牵引拖钩与车身接触而传力的情况，所以在牵引拖钩与车身可能发生接触的部位设置接触也是必须的surface to surface接触2022/8/1621第21页，共31页。接触设置（）模型在一些工况作用下也可能发生牵引拖钩与车身部件Body_Rear边缘接触而传力的情况，所以这个部位的接触也必须予以考虑接触类型选用node to surface 类型surface to surface接触Body_Rear2022/8/1622第22页，共31页。接触设置*注意

12、以上接触都要选择automatic 类型2022/8/1623第23页，共31页。接触设置 计算过程中越多的接触会使得收敛困难（implicit)，增加计算时间。在定义座椅和车身自身接触时远离地脚受力的区域和远离大变形可能发生的区域可以不定义接触。 设置接触后，零件之间会有可能发生接触的穿透(penetration)。 可以通过Penetration Check的工具，调整这些穿透。 或者使用接触设置中的接触厚度缩放系数减少穿透。2022/8/1624第24页，共31页。约束添加约束车身截面的边界，约束自由度1 2 3。如果边界是如图所示的点焊，删除点焊单元，约束点焊位置的节点。约束位置202

13、2/8/1625第25页，共31页。加载牵引拖钩与车身连接处强度及耐久性分析加载方式基于Rover Engineering standard RES.52.204。分析分为两种：Abuse和Fatigue两种受载类型，每一种受载类型又分六中具体载荷工况，具体如下：AbuseFatigue加载点2022/8/1626第26页，共31页。加载 建立加载曲线，通过Post xy plots edit curves 将加载曲线赋给load选择要定义的载荷2022/8/1627第27页，共31页。这里选择先前定义好的载荷曲线曲线。加载2022/8/1628第28页，共31页。基本control card 设置（1）计算时间根据需要设定（2）采用隐式算法以及计算初始步长的设定,初试步长设为0