基于SimSolid的全塑尾門力學(xué)分析

Leon_sun

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隨著項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度的縮短，CAE分析不僅要求精度高，而且要求周期短，效率高，這樣才能在激烈的市場競爭中耐以生存。

總所周知，CAE前處理的時(shí)間占整個(gè)分析的時(shí)間比例非常大（這個(gè)視分析項(xiàng)而定，比如剛度、強(qiáng)度、模態(tài)、熱分析等），而薄壁塑料件99%的情況需要抽取中性面，劃分四邊形網(wǎng)格，而且四邊形網(wǎng)格質(zhì)量也有要求，前處理的時(shí)間非常長，而且非常繁瑣。

本次的案例是某項(xiàng)目全塑尾門，以塑代鋼，非常具有實(shí)際意義。通過SimSolid、OptiStruct、實(shí)驗(yàn)三方面，從計(jì)算時(shí)間、計(jì)算精度、分析工況等多方面進(jìn)行對比分析。

本次計(jì)算機(jī)配置為128G內(nèi)存，64個(gè)CPU，處理器為E5-2687W v2@3.4GHz。

全塑前端框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 全塑尾門結(jié)構(gòu)裝配圖

本次的分析工況包含以下幾方面：

1、強(qiáng)度

鉸鏈安裝點(diǎn)、鎖安裝位置約束dof1~6，撐桿位置施加300N載荷，同時(shí)施加4.5G（向上）重力場載荷。

2、剛度

鉸鏈安裝點(diǎn)約束dof1~6，鎖安裝位置約束dof1~3；在左側(cè)緩沖墊區(qū)域施加+X方向50N載荷。

3、模態(tài)

分析前8階自由模態(tài)。

4、熱變形

鉸鏈安裝點(diǎn)、鎖安裝位置約束dof1~6，施加溫度載荷23℃~80℃。

一、SimSolid

導(dǎo)入全塑尾門的CATIA結(jié)構(gòu)裝配模型，首先設(shè)置材料模型，粘膠選用陶氏膠材料，外板選用PP+EPDM-TD20材料，內(nèi)板選用PP+LGF40材料，如圖2所示；接著設(shè)置連接方式，內(nèi)板與外板通過粘膠進(jìn)行粘接，如圖3所示；其次設(shè)置約束和載荷；最后設(shè)置分析類型。

圖2 材料模型設(shè)置

圖3 粘接連接設(shè)置

1、強(qiáng)度

強(qiáng)度分析結(jié)果如圖4所示：

圖4強(qiáng)度分析結(jié)果

由圖4可知，全塑尾門最大應(yīng)力=13.47MPa，最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在左側(cè)鉸鏈位置第二個(gè)孔周圍，計(jì)算時(shí)間約為12分鐘。

2、剛度

剛度分析結(jié)果如圖5所示：

圖5 剛度分析結(jié)果

由圖5可知，全塑尾門最大變形量為1.633mm，計(jì)算時(shí)間約為13分鐘。

3、模態(tài)

模態(tài)分析結(jié)果如圖6所示：

圖6 模態(tài)分析結(jié)果

由圖6可知，全塑尾門一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為27.4Hz，二階彎曲模態(tài)為34.2Hz，計(jì)算時(shí)間約為155分鐘。

4、熱變形

熱變形分析結(jié)果如圖7所示：

圖7 熱變形分析結(jié)果

由圖7可知，全塑尾門最大變形量為3.526mm，計(jì)算時(shí)間約為34分鐘。

二、OptiStruct

材料模型與SimSolid一樣，內(nèi)板和外板采用中面四邊形網(wǎng)格，粘膠采用3D六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格模型如圖8所示：

圖8 全塑尾門網(wǎng)格模型

1、強(qiáng)度

強(qiáng)度分析結(jié)果如圖9所示：

圖9 強(qiáng)度分析結(jié)果

由圖9可知，全塑尾門最大應(yīng)力=14.25MPa，最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在左側(cè)鉸鏈位置第二個(gè)孔周圍，計(jì)算時(shí)間約為3分鐘。

2、剛度

剛度分析結(jié)果如圖10所示：

圖10 剛度分析結(jié)果

由圖10可知，全塑尾門最大變形量為1.703mm，計(jì)算時(shí)間約為3分鐘。

3、模態(tài)

模態(tài)分析結(jié)果如圖11所示：

圖11 模態(tài)分析結(jié)果

由圖11可知，全塑尾門一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為29.0Hz，二階彎曲模態(tài)為35.3Hz，計(jì)算時(shí)間約為4分鐘。

4、熱變形

熱變形分析結(jié)果如圖12所示：

圖12 熱變形分析結(jié)果

由圖12可知，全塑尾門最大變形量為3.101mm，計(jì)算時(shí)間約為5分鐘。

三、實(shí)驗(yàn)

強(qiáng)度為實(shí)車路試測試，模態(tài)沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，熱變形為實(shí)車暴曬測量間隙面差，因此，只有剛度實(shí)驗(yàn)與分析模型一致，實(shí)驗(yàn)如圖13所示：

圖13 實(shí)驗(yàn)圖

實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果為1.65mm。

四、結(jié)論：

SimSolid從導(dǎo)入模型到求解分析，整個(gè)過程大約1~2小時(shí)，而OptiStruct前處理網(wǎng)格的時(shí)間大約需要2~3天，二者的差異實(shí)在太大了，以下從分析工況、計(jì)算精度等多方面進(jìn)行對比。

1、強(qiáng)度

	最大應(yīng)力/MPa	最大應(yīng)力出現(xiàn)位置是否相同	計(jì)算時(shí)間/min	誤差
SimSolid	13.47	是	12	5.8%
OptiStruct	14.25	是	3
實(shí)驗(yàn)	/	/	/	/

由上表可以看出，SimSolid與OptiStruct最大應(yīng)力出現(xiàn)位置完全一樣，且SimSolid與OptiStruct之間的誤差僅為5.8%。

2、剛度

	最大位移/mm	最大位移出現(xiàn)位置是否相同	計(jì)算時(shí)間/min	誤差
SimSolid	1.633	是	13	4.3%
OptiStruct	1.703	是	3
實(shí)驗(yàn)	1.65	是	/

由上表可以看出，SimSolid、OptiStruct與實(shí)驗(yàn)三者最大位移出現(xiàn)位置完全一樣，且SimSolid與OptiStruct之間的誤差僅為4.3%。

SimSolid與實(shí)驗(yàn)的誤差僅為1.0%，OptiStruct與實(shí)驗(yàn)的誤差僅為3.2%，說明SimSolid軟件的精度是相當(dāng)高，可以和通用分析軟件媲美。

3、模態(tài)

	一階扭轉(zhuǎn)/Hz	二階彎曲/Hz	計(jì)算時(shí)間/min	誤差
SimSolid	27.4	34.2	155	4.5%
OptiStruct	29.0	35.3	4
實(shí)驗(yàn)	/	/	/	/

由上表可以看出，SimSolid與OptiStruct之間的誤差僅為4.5%，且SimSolid與OptiStruct一階扭轉(zhuǎn)和二階彎曲振型彎曲一致。

4、熱變形

	最大位移/mm	最大位移出現(xiàn)位置是否相同	計(jì)算時(shí)間/min	誤差
SimSolid	3.526	是	34	12.1%
OptiStruct	3.101	是	5
實(shí)驗(yàn)	/	/	/	/