抗凹性分析
關(guān)注創(chuàng)建者：CAE追夢(mèng)者 創(chuàng)建時(shí)間：2019-03-22
抗凹性分析的視頻教程
基于ANSA的翼子板抗凹分析
應(yīng)用ANSA進(jìn)行翼子板抗凹分析前處理操作，講解的同時(shí)進(jìn)行操作，保證看完視頻后，能夠獨(dú)立在ansa中開(kāi)展抗凹分析的前處理工作。
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翼子板抗凹分析實(shí)例操作
翼子板抗凹分析是各大主機(jī)廠的必要考察項(xiàng)目，不同主機(jī)廠建模要求和評(píng)價(jià)指標(biāo)略有差異，本實(shí)例以某款車(chē)型的翼子板為例，講述其抗凹分析。 建模要點(diǎn)： 1、接觸的建立，主從面的選擇，實(shí)體零部件中接觸面的選擇； 2、加載、卸載過(guò)程的建立； 3、變形及殘余變形的查看要點(diǎn)；
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顯式非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析(模擬氣囊點(diǎn)爆時(shí)支架的抗沖擊性)
課程的基本內(nèi)容多數(shù)是汽車(chē)行業(yè)內(nèi)的常見(jiàn)的剛度強(qiáng)度碰撞分析，具體內(nèi)容 線(xiàn)性靜力學(xué)剛度分析（Optistruct or Abaqus） 顯式非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析（Ls-dyna explicit） 非線(xiàn)性靜力學(xué)強(qiáng)度分析（Abaqus or Ls-dyna implicit） 靈敏度分析（Optistruct） 拓?fù)鋬?yōu)化分析（Optistruct） 模態(tài)分析（Optistruct or Abaqus or Ls-dyna
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抗凹性分析的實(shí)例教程
本節(jié)詳細(xì)內(nèi)容出自《轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性分析》-肖介平等。
加載位移曲線(xiàn)
400N的力垂直作用，上圖抗凹性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)出自張建偉的《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性的研究與應(yīng)用》。
建議車(chē)身覆蓋件抗凹剛度
的檢驗(yàn)要求是： 在 200N 載荷作用下的凹陷位移不超過(guò)
6.5mm 為合格。——出自韋勇等《基于ABAQUS 的汽車(chē)覆蓋件抗凹性分析》。
對(duì)于抗凹性能的檢驗(yàn)尚沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 。 比如 ， 福特汽車(chē)公司 設(shè)計(jì)部 門(mén)的車(chē)身外覆蓋件檢驗(yàn)要求是 ： 在施加 90N集中力作用下外板的位移不超過(guò)3mm為合格 。——出自王力《基于ABAQUS的汽車(chē)塑料翼子板抗凹性分析》。
分析開(kāi)始時(shí)，將壓頭調(diào)整到與外邊面之間較小距離的位置，便于快速建立接觸關(guān)系，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)此距離通常為0.5mm。
對(duì)于每個(gè)考察點(diǎn)的分析均采用兩個(gè)分析步：第一步，在壓頭上施加大小為1N的載荷，使壓頭與翼子板外表面之間建立接觸關(guān)系；第二步，施加大小為199N載荷，定義加載曲線(xiàn)為三角波，載荷由1N逐漸增大到199N，然后卸載。——出自王力《基于ABAQUS的汽車(chē)塑料翼子板抗凹性分析》
展開(kāi) 抗凹性是衡量車(chē)身外覆蓋件使用性能的重要指標(biāo)之一，車(chē)身外覆蓋件尺寸大，結(jié)構(gòu)有一定的曲率和預(yù)變形，使用過(guò)程中在外載荷作用下其形狀發(fā)生凹陷撓曲甚至產(chǎn)生局部永久凹痕。新車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，頂蓋、側(cè)圍、翼子板、發(fā)蓋等車(chē)身覆蓋件必須進(jìn)行抗凹性能設(shè)計(jì)。
主機(jī)廠常用Abaqus實(shí)現(xiàn)車(chē)身覆蓋件的抗凹性分析，本帖僅演示LS-DYNA 隱式求解在發(fā)蓋抗凹性方面應(yīng)用，具體載荷大小及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不做要求。
一 模型描述
? 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹分析有限元模型，網(wǎng)格尺寸為8mm（考察點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)格尺寸為4mm），材料為非線(xiàn)性材料；
? 焊點(diǎn)用六面體單元模擬；
? 本次分析在發(fā)蓋模型中應(yīng)用展示；
二 模型描述
? 發(fā)蓋模型考察點(diǎn)位置描述
三 抗凹分析工況
? 約束
全約束車(chē)身側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)自由度123456；約束鎖扣中心及緩沖塊自由度3。
? 載荷：
在每個(gè)考察點(diǎn)作為一個(gè)獨(dú)立工況進(jìn)行抗凹分析，分兩步進(jìn)行加載：
Step1:壓頭加載點(diǎn)處施加150N力；
Step2:卸載。
四 抗凹分析結(jié)果
加載位移及殘余位移云圖:
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展開(kāi) 李東升等研究了汽車(chē)金屬覆蓋件的抗凹性指標(biāo)的基本理論，認(rèn)為抗凹剛度K是評(píng)價(jià)抗凹性的主要指標(biāo)。但是，論文中沒(méi)有提到外板抗凹時(shí)可能發(fā)生“屈曲”的特征。刑志遠(yuǎn)研究了汽車(chē)引擎蓋的抗凹剛度；趙世宜等研究了貨車(chē)車(chē)門(mén)外板的抗凹性；黃湛等研究了微型客車(chē)覆蓋件的抗凹性。這些研究都是基于金屬鈑金件外板的抗凹分析，關(guān)于塑料件的抗凹性并沒(méi)有涉及。
本文采用ABAQUS隱式分析模塊.建立某B級(jí)轎車(chē)塑料翼子板的有限元模型，分析其抗凹性，為塑料翼子板的性能開(kāi)發(fā)提供參考。
1 抗凹性基本理論
車(chē)身外覆蓋件屬于雙曲度扁殼類(lèi)結(jié)構(gòu)。汽車(chē)翼子板由多個(gè)安裝點(diǎn)固定于車(chē)身，其抗凹性問(wèn)題屬于扁殼受橫向載荷的變形及穩(wěn)定性問(wèn)題。根據(jù)板殼理論，雙曲度扁殼在承受外載荷為q時(shí)，取局部微曲面，有下列基本微分方程：
為所考察微面附近曲率。
仿照彈性力學(xué)中求解平面問(wèn)題的方法，通過(guò)應(yīng)力函數(shù)φ（x，y）表示的所考察微面的薄膜內(nèi)力關(guān)系式為：
微面內(nèi)的彎曲內(nèi)力可由下式求得：
由基本微分方程組（1）解得應(yīng)力函數(shù)φ（x，y）和位移函數(shù)∞（x，y），然后代入到方程組（2）和（3），即可由ψ（x，y）求解薄膜內(nèi)力，由∞（x，y）求解彎曲內(nèi)力。
2 抗凹性評(píng)價(jià)方法
2.1 線(xiàn)性指標(biāo)
當(dāng)車(chē)身外板承受較小載荷時(shí)，其發(fā)生凹陷位移∞和外載荷q之間存在線(xiàn)性關(guān)系，此時(shí)將外板抵抗凹陷撓曲變形的能力稱(chēng)之為抗凹剛度。如圖1所示，是某轎車(chē)翼子板抗凹試驗(yàn)曲線(xiàn)，從圖中可看出，在施加外載荷小于100N時(shí)，載荷一位移曲線(xiàn)基本上是線(xiàn)性的。在線(xiàn)性范圍內(nèi)，當(dāng)外載荷撤銷(xiāo)時(shí)，車(chē)身覆蓋件外板恢復(fù)為初始狀態(tài)。抗凹剛度是反映翼子板性能的重要指標(biāo)之一。
在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)于靜態(tài)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，通常是通過(guò)在外板施加一個(gè)特定的載荷，然后測(cè)試對(duì)應(yīng)的位移來(lái)考察。
展開(kāi) 摘要：機(jī)罩抗凹性分析是考察機(jī)罩剛度的一個(gè)重要項(xiàng)目，也是各大主機(jī)廠的必做項(xiàng)目之一，合理的剛度不但能夠提升整車(chē)外觀品質(zhì)，同時(shí)對(duì)應(yīng)對(duì)行車(chē)時(shí)飛砂走石的攻擊有很大優(yōu)勢(shì)。抗凹分析主要涉及車(chē)身外覆蓋件被壓后的彈性恢復(fù)性能及不可恢復(fù)的殘余變形情況。本文以某款機(jī)罩為例，運(yùn)用Hypermesh建模，并用abaqus進(jìn)行求解，最后在Hyperview中進(jìn)行后處理，得到機(jī)罩殘余變形。
一、 網(wǎng)格劃分、模型連接、分析步、工況的設(shè)置可參考我之前發(fā)的機(jī)罩自由模態(tài)的文章。文章鏈接：某車(chē)型機(jī)罩自由模態(tài)分析 ，這里提幾處注意點(diǎn)：
1、約束車(chē)身側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)全部自由度，若無(wú)鉸鏈，需約束機(jī)罩側(cè)鉸鏈安裝點(diǎn)全部自由度；
約束緩沖塊處3方向自由度，建議緩沖塊位置，需用剛性單元抓成蜘蛛網(wǎng)，約束主節(jié)點(diǎn)；
約束鎖扣處23方向自由度
2、剛性單元，在abaqus中有COUP-KIN、KIN-COUP、BEAM等，一般根據(jù)主機(jī)廠要求選用。
3、加載位置選取，通常需要做模態(tài)分析及施加均布載荷，選取最薄弱的幾處區(qū)域進(jìn)行抗凹分析。
4、壓頭一般為標(biāo)準(zhǔn)壓頭，全剛性或者前端帶橡膠的壓頭；
5、壓頭需與機(jī)罩外板之間建立接觸，并給予合理的間隙值，設(shè)定主從面時(shí)，一般遵循：剛度大、網(wǎng)格粗、面積大為主面的原則，并非絕對(duì)。
6、施加載荷時(shí)，需在壓頭上建立局部坐標(biāo)系，并釋放力加載方向的自由度。
展開(kāi) 表3 試驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比分析
對(duì)比表3分析結(jié)果，可以得出，樣件1與樣件2均滿(mǎn)足目標(biāo)值，且方案1外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化已滿(mǎn)足目標(biāo)值，方案2增加補(bǔ)強(qiáng)膠片可以進(jìn)一步提高車(chē)門(mén)外板的局部剛度，提升其抗凹性能。仿真分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性，說(shuō)明了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，但綜合評(píng)估經(jīng)濟(jì)性與整體性能方面的最優(yōu)化，可以將方案1運(yùn)用到實(shí)際量產(chǎn)中。
4 結(jié)論
本文針對(duì)某轎車(chē)車(chē)門(mén)外板抗凹性能進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)變更車(chē)門(mén)外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)與增加補(bǔ)強(qiáng)膠片，來(lái)提升外板的抗凹性能，并進(jìn)行仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：
1）試驗(yàn)與仿真有較好的一致性，說(shuō)明仿真分析的準(zhǔn)確性。
2）優(yōu)化車(chē)門(mén)外板加強(qiáng)板與增加補(bǔ)強(qiáng)膠片均可以提升外板的局部剛度，提升其抗凹性能。
3）變更外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)對(duì)車(chē)門(mén)外板抗凹性能提升明顯，使其能夠達(dá)到目標(biāo)值，且變更后的外板加強(qiáng)板可以一定程度上提升車(chē)門(mén)的側(cè)面碰撞性能。基于經(jīng)濟(jì)性的原因，增加補(bǔ)強(qiáng)膠片可以作為外板剛度進(jìn)一步提升的備選方案。
上述結(jié)論為后續(xù)車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中車(chē)門(mén)抗凹性能的提升奠定了基礎(chǔ)，為后續(xù)車(chē)門(mén)性能的深入研究提供了方向。
參考文獻(xiàn)
[1] 王開(kāi)松,王小睿,尹廣,等.基于ABAQUS的車(chē)門(mén)外板抗凹性能分析[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,38(2):44-47.
[2] 趙世宜,魏寧波,王繼鋒.基于Radioss的車(chē)門(mén)外板抗凹性分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2012,37(10):31-34.
[3] 陳健,劉俊紅.車(chē)門(mén)屈曲抗凹性能提升方法研究[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2017,42(12):4-6.
[4] 韋永平,鄧國(guó)紅,楊鄂川,等.某乘用車(chē)車(chē)門(mén)抗凹陷性能分析及優(yōu)化[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2014,28(3):28-32,43.
[5] 黃金陵.汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.
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抗凹性分析的最新內(nèi)容
[2] 趙世宜,魏寧波,王繼鋒.基于Radioss的車(chē)門(mén)外板抗凹性分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2012,37(10):31-34.
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[4] 韋永平,鄧國(guó)紅,楊鄂川,等.某乘用車(chē)車(chē)門(mén)抗凹陷性能分析及優(yōu)化[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2014,28(3):28-32,43.
本案例利用Hyperworks進(jìn)行翼子板前處理,對(duì)某車(chē)型翼子板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和屬性定義,加載、約束及接觸創(chuàng)建等，并利用Abaqus進(jìn)行翼子板抗凹性有限元分析計(jì)算。
與上一個(gè)案例《基于hyperworks+ABAQUS翼子板抗凹簡(jiǎn)易模擬-02》不同的是本節(jié)案例的壓頭建立的是剛性體,且采用另外一種方法創(chuàng)建。
王超［2］在研究現(xiàn)有操作方法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了前門(mén)下垂剛度、自由模態(tài)等自動(dòng)分析系統(tǒng)，在某微型車(chē)上進(jìn)行了校核；蘇占龍等［3］設(shè)計(jì)了一套完全流程自動(dòng)化的鈑金件抗凹性分析前處理平臺(tái)，將分析效率提高了92.8%；丁濤等［4］編寫(xiě)了客車(chē)側(cè)翻分析的自動(dòng)化流程工具，通過(guò)對(duì)比6名員工的手動(dòng)操作時(shí)間，證明使用流程自動(dòng)化方法可將分析時(shí)間減少62.23%～73.38%；張世友［5］開(kāi)發(fā)了懸架零部件的CAE自動(dòng)分析系統(tǒng)，涉及幾何清理
通常采用指壓和罐壓兩種工況進(jìn)行抗凹性分析。在Hyperworks/optistruct中進(jìn)行前處理，準(zhǔn)靜態(tài)非線(xiàn)性分析。分析外覆蓋件局部區(qū)域受外力作用下的彈性恢復(fù)性能，及外力卸載后的殘余變形。
采用殼單元，基本網(wǎng)格尺寸10mm，受壓部位局部網(wǎng)格尺寸2mm，并保證網(wǎng)格質(zhì)量。
翼子板抗凹分析案例-OptiStruct 隱式非線(xiàn)性
附件是翼子板抗凹分析案例有限元模型
本案例利用Hyperworks進(jìn)行翼子板前處理,對(duì)某車(chē)型翼子板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和屬性定義,加載、約束及接觸創(chuàng)建等，并利用Abaqus進(jìn)行翼子板抗凹性有限元分析計(jì)算。
本案例利用Hyperworks進(jìn)行翼子板前處理,對(duì)某車(chē)型翼子板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和屬性定義,加載、約束及接觸創(chuàng)建等，并利用Abaqus進(jìn)行翼子板抗凹性有限元分析計(jì)算。
主機(jī)廠常用Abaqus實(shí)現(xiàn)車(chē)身覆蓋件的抗凹性分析，本帖僅演示LS-DYNA 隱式求解在發(fā)蓋抗凹性方面應(yīng)用，具體載荷大小及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不做要求。
本文采用ABAQUS隱式分析模塊.建立某B級(jí)轎車(chē)塑料翼子板的有限元模型，分析其抗凹性，為塑料翼子板的性能開(kāi)發(fā)提供參考。
1 抗凹性基本理論
車(chē)身外覆蓋件屬于雙曲度扁殼類(lèi)結(jié)構(gòu)。汽車(chē)翼子板由多個(gè)安裝點(diǎn)固定于車(chē)身，其抗凹性問(wèn)題屬于扁殼受橫向載荷的變形及穩(wěn)定性問(wèn)題。
摘要：機(jī)罩抗凹性分析是考察機(jī)罩剛度的一個(gè)重要項(xiàng)目，也是各大主機(jī)廠的必做項(xiàng)目之一，合理的剛度不但能夠提升整車(chē)外觀品質(zhì)，同時(shí)對(duì)應(yīng)對(duì)行車(chē)時(shí)飛砂走石的攻擊有很大優(yōu)勢(shì)。抗凹分析主要涉及車(chē)身外覆蓋件被壓后的彈性恢復(fù)性能及不可恢復(fù)的殘余變形情況。本文以某款機(jī)罩為例，運(yùn)用Hypermesh建模，并用abaqus進(jìn)行求解，最后在Hyperview中進(jìn)行后處理，得到機(jī)罩殘余變形。
