基于輪轂試驗標準的專用分析程序開發
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：褚廷杰 上海安世亞太結構應用工程師
本文共計1712字，閱讀時間預計6分鐘
編者按
作者分析了利用ACT基于以上輪轂試驗標準進行開發和封裝輪轂標準試驗常用的三種工況；并將彎曲疲勞工況具體展開演示。
輪轂試驗標準專用分析程序
輪轂設計時需要遵循國內相關試驗標準，以汽車輪轂為例，在國標《GB/T 26036-2020 汽車輪轂用路和金模鍛件》中，詳細規定了汽車輪轂用鋁合金模鍛件的要求、試驗方法、檢驗規則及標志等內容。
26036標準中要求了汽車輪轂的動態彎曲疲勞試驗、動態徑向疲勞試驗應符合GB/T 5334（乘用車）及GB/T 5909（商用車）的規定。沖擊試驗應符合GB/T 15704的規定。
針對以上疲勞試驗、沖擊試驗要求，可利用CAE仿真技術進行虛擬樣機快速校核，大大提高現場試驗通過率，降低試驗成本。再進一步基于ANSYS ACT二次開發，可實現對CAE仿真技術和方法的進一步封裝，提高仿真效率。
本專用分析程序利用ACT基于以上輪轂試驗標準進行開發，封裝了輪轂標準試驗常用的三種工況：
13°沖擊試驗；
彎曲疲勞試驗；
徑向疲勞試驗。
基于此專用程序可以快速校核標準工況下的輪轂設計方案。該專用分析程序的主要特色：
專用的分析模板，降低了輪轂結構分析的難度，提高了效率；
依據26036標準，集成了3種輪轂測試工況，可進行相關虛擬試驗；
計算報告一鍵生成；
下文將以彎曲疲勞工況為例展示本程序。
ACT程序介紹
ANSYS ACT程序由IronPython、XML、HTML組成，其中XML及HTML文檔的定義，用于設計ACT程序的頁面布局，Python腳本的定義，用于ACT程序調用Workbench平臺各個模塊及對應后臺功能的實現。
ANSYS ACT程序可在Workbench平臺中啟動，ACT運行時會自動調用Workbench各模塊實現相關的仿真分析。
圖 1 ACT程序組成
彎曲疲勞試驗描述
-
試驗描述
彎曲疲勞試驗臺應有一個被驅動的旋轉裝置，車輪可在固定不動的彎矩下旋轉，或者車輪固定不動，而承受一個旋轉的彎矩。
圖 2 試驗方式1-車輪在彎矩載荷作用下旋轉
圖 3 試驗方式2-車輪固定施加彎矩載荷
基于虛擬樣機的CAE仿真，宜采用試驗方法2進行仿真驗證，可將輪轂內輪緣位置進行固定約束，安裝面位置的螺孔及螺栓螺帽接觸面拾取添加彎矩載荷。
-
彎矩計算
彎矩M的計算公式如下，單位為牛頓 · 米（N·m）：
M= (μR+d) FvS
上式中：
μ —— 輪胎與路面間的設定摩擦系數
R —— 輪胎靜負荷半徑，是汽車制造廠或車輪廠規定的用在該車輪上的最大輪胎靜半徑，單位為米（m）
d —— 車輪內偏距或外偏距（內偏距為正值，外偏距為負值），單位為米（m）
Fv —— 車輪或汽車制造廠規定的車輪上的最大垂直靜負荷或車輪的額定負荷，單位為牛頓（N）
S —— 強化試驗系數
ACT程序開發時，可將上式彎矩計算公式編入程序，用戶在使用ACT時只需輸入部分設計參數，如R、d、Fv等產品參數，μ及S則可通過ACT提供的參考數據表進行拾取或程序自動填寫。
輪轂標準試驗ACT程序展示
程序集成的分析流程為：創建項目、材料設置、網格劃分、載荷及邊界設置、疲勞分析設置、強度校核、疲勞校核、報告生成。
-
創建項目
輸入參數為項目名稱、工作路徑、工況選擇、分析模型。
工況選擇可選：13°沖擊工況、彎曲疲勞工況、徑向疲勞工況。
-
快速設置材料數據
基于開發的材料數據庫，快速選擇本次項目中選用的材料，系統自動將相關材料數據傳遞給計算程序。
-
網格劃分
在界面中填寫網格劃分尺寸即可自動創建網格模型，為了保證計算精度，程序將默認采用二階單元。
-
載荷及邊界條件設置
輪轂彎曲疲勞工況的載荷為安裝面所施加的彎矩載荷，邊界應約束輪轂內輪緣。用戶輸入輪轂產品的相關設計參數、試驗要求的強化系數等內容，程序將自動計算彎矩值。關于彎矩值的計算公式詳見前文所述。
-
疲勞分析設置
此ACT程序提供了基于應力疲勞、應變疲勞的輪轂疲勞分析，程序自動給出常用疲勞設置的參數選擇，用戶可在界面中進行參數更改。
-
強度校核
在靜力學計算完成后，程序將自動提取位移、應力、應變等數據，并基于材料強度屬性可進行強度安全裕度校核。
-
疲勞校核
在疲勞分析完成后，程序將自動提取疲勞壽命、安全系數、損傷等結果。并對設計壽命和計算壽命進行對比分析。
-
報告生成
在輪轂彎曲疲勞分析、校核完成后，程序將自動更新word版報告，并匯總此次仿真分析的所有輸入參數、輸出參數、數據曲線圖、結果云圖等。經過定制化的word報告模板開發，可實現企業交付所需的標準化報告自動生成。
總結及展望
本文給出了一種基于輪轂試驗標準的專用程序應用場景，覆蓋輪轂分析的三種常用工況，并集成標準試驗所需的計算組件、材料數據庫組件、報告模板組件等配套解決方案。在輪轂設計過程中，基于ACT程序的流程及標準封裝可以更進一步改善輪轂CAE分析的效率和可靠性。
借助ACT工具，可以在軟件現有功能的基礎上，封裝客戶自己的仿真流程、知識、經驗、規范，形成統一的應用環境，實現仿真過程及仿真應用的規范化，專業化，自動化。
關注【上海安世亞太】官方微信，獲取更多原創最新文章、活動資訊，還有限時免費資料分享，等你來拿！
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
