開(kāi)發(fā)高質(zhì)量螺栓接頭是汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)不可或缺的組成部 分。高穩(wěn)健性接頭相對(duì)于連接副車(chē)架到轉(zhuǎn)向節(jié)的連桿而 言，了解其設(shè)計(jì)的人可能更少，但它卻對(duì)改進(jìn)操控、延長(zhǎng) 汽車(chē)壽命至關(guān)重要。接合不嚴(yán)，就會(huì)惡化對(duì)齊不善等質(zhì) 量問(wèn)題，從而影響接合組件的耐用性。設(shè)計(jì)良好的接合 效率更高，能以更小型號(hào)的扣件支持更大負(fù)載，而且不會(huì)脫松。

福特汽車(chē)公司的工程師接到了為中型乘用車(chē)后懸掛系統(tǒng) 開(kāi)發(fā)高穩(wěn)健性懸臂式錐形接頭的任務(wù)（見(jiàn)下圖）。為了最大限度節(jié)約時(shí)間和成本，同時(shí)滿(mǎn)足功能性目標(biāo)要求，該團(tuán)隊(duì)用Abaqus for CATIA（AFC）發(fā)了自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）流程用于結(jié)構(gòu)分析，并用Isight進(jìn)行流程自動(dòng)化和最優(yōu)化。

分析錐形接頭性能

螺栓接頭是汽車(chē)懸掛最常見(jiàn)的接合方式。在本應(yīng)用中， 錐形接頭用來(lái)連接連桿和后轉(zhuǎn)向節(jié)，采用懸臂式連接。 錐形接頭襯內(nèi)套和轉(zhuǎn)向節(jié)兩部分相連，每部分對(duì)錐角有 獨(dú)特的制造公差。

為開(kāi)發(fā)鋼內(nèi)套和鋁轉(zhuǎn)向節(jié)之間的穩(wěn)健錐形接頭，要考慮 以下方面：每個(gè)部件的生產(chǎn)公差、錐和底座之間的接觸 區(qū)域、負(fù)載移除后的錐扭矩?fù)p失角度。

為進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真測(cè)試，福特工程師采用AFC創(chuàng)建轉(zhuǎn)向節(jié) 和襯內(nèi)套的有限元模型，并通過(guò)CATIA創(chuàng)建的模型獲 得幾何輸入和材料屬性。AFC保持與CATIA模型的相 關(guān)性，確保當(dāng)CAD模型在設(shè)計(jì)變量變化范圍內(nèi)變更時(shí) Abaqus模型更新的魯棒性。

在物理組裝流程中，鍛鋼內(nèi)錐受力緊靠鋁轉(zhuǎn)向座。由于 不同部件的生產(chǎn)工藝不同，錐設(shè)計(jì)特性的角度公差不同 于內(nèi)套和轉(zhuǎn)向接合表面。

對(duì)進(jìn)行穩(wěn)健性接觸分析乃至接觸壓力分布分析，內(nèi)套筒 網(wǎng)格構(gòu)建為與轉(zhuǎn)向座網(wǎng)格的配合。為協(xié)助接觸面網(wǎng)格的 對(duì)齊，另外創(chuàng)建了轉(zhuǎn)向座“域”（見(jiàn)下圖青色），可簡(jiǎn)化接 觸工作。這個(gè)部件在Abaqus內(nèi)通過(guò)固連接觸連接到轉(zhuǎn) 向體其它部分。

為模擬螺栓裝配流程而創(chuàng)建內(nèi)套和轉(zhuǎn)向接頭座之間的虛 擬螺栓。套中心承受外部工作負(fù)載。鋁和鋼的非線(xiàn)性壓 力-應(yīng)變曲線(xiàn)導(dǎo)入AFC進(jìn)行非線(xiàn)性分析。接觸對(duì)和螺栓張 力都在AFC中創(chuàng)建。接觸面輸出（CAREA）和接觸力強(qiáng)度 （CFNM）都能用AFC進(jìn)行后處理。最后，Abaqus分析文件 輸出并提交到高性能計(jì)算（HPC）集群，從而運(yùn)行分析。

管理DOE進(jìn)程

特需要評(píng)估大量不同參數(shù)組合的設(shè)計(jì)，這促使工程師 創(chuàng)建了自動(dòng)化的DOE流程。在該流程中，CAD幾何更新 和FEA模型更新在相同回路中完成，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的 DOE工作方式。

福特的CATIA啟動(dòng)含有一套經(jīng)定制的外部產(chǎn)品管理系統(tǒng)，在 CATIA界面初始化之前通過(guò)腳本剝離產(chǎn)品管理系統(tǒng)連接。設(shè)計(jì)參數(shù)隨后通過(guò)外部Excel文件輸入CATIA，這屬于 CATIA中更新設(shè)計(jì)表的常用方法。Excel文件的輸入?yún)?數(shù)映射到Isight管理器的DOE任務(wù)，這支持每個(gè)回路的 Excel工作表自動(dòng)更新。由于Excel同步于設(shè)計(jì)表，因此 能自動(dòng)更新CATIA中的CAD幾何模型。在AFC中，幾何和 FE網(wǎng)格保持關(guān)聯(lián)，因此所得的網(wǎng)格在CAD數(shù)據(jù)變化時(shí)會(huì)自動(dòng)更新。

Isight流程中的Abaqus組件用來(lái)提取結(jié)果，包括每次 運(yùn)行DOE的CAREA和CFNM（見(jiàn)圖3）。Excel文件的輸 入?yún)?shù)隨后映射到輸出參數(shù)，以創(chuàng)建Isight近似模型。

Isight實(shí)現(xiàn)更高效的流程

CATIA和AFC腳本的設(shè)置、驗(yàn)證，HPC任務(wù)提交批處理 文件以及Windows批處理命令文件都需要時(shí)間和資源 來(lái)開(kāi)發(fā)，但所花的時(shí)間是完全值得的，因?yàn)檫@些文件能 在隨后的項(xiàng)目中略加修改就實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

數(shù)據(jù)在CAE和CAD之間來(lái)回傳輸往往造成時(shí)間效率低 下，在人們要做多項(xiàng)工作情況下，在需要新的設(shè)計(jì)迭代 時(shí)不能立即停下手頭的工作。這有點(diǎn)像CPU時(shí)間與墻上 時(shí)鐘時(shí)間的對(duì)比。

福特采用AFC并在Isight幫助下創(chuàng)建自動(dòng)化DOE流程， 能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健性錐形接頭設(shè)計(jì)。這款設(shè)計(jì)展現(xiàn)出較好的接 觸面，在負(fù)載移除后仍能保持夾力，而且符合指定的制 造公差。