基于ansys汽車連桿
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
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基于ansys汽車連桿的實例教程
基于Ansys Topology Optimization的連桿結構拓撲優化簡例
本文僅作為Ansys Topology Optimization的一個簡易案例應用，切勿輕易用于工程實踐與論文撰寫。
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本文為作者原創案例，轉載請注明出處和作者技術鄰筆名：CAE夢想很偉大
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拓撲優化(topology optimization)，是指一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法。
拓撲優化的研究領域主要分為連續體拓撲優化和離散結構拓撲優化。不論哪個領域，都要依賴于有限元方法。連續體拓撲優化是把優化空間的材料離散成有限個單元(殼單元或者體單元)，離散結構拓撲優化是在設計空間內建立一個由有限個梁單元組成的基結構，然后根據算法確定設計空間內單元的去留，保留下來的單元即構成最終的拓撲方案，從而實現拓撲優化。
目前，連續體拓撲優化的研究已經較為成熟，其中變密度法已經被應用到商用優化軟件中，其中最著名的是美國Altair公司Hyperworks系列軟件中的Optistruct和德國Fe-design公司的Tosca等。前者能夠采用Hypermesh作為前處理器，在各大行業內都得到較多的應用;后者最開始只集中于優化設計，支持所有主流求解器，以及前后處理，操作十分簡單可以利用已熟悉的CAE軟件來進行前處理加載，而后利用TOSCA進行優化十分方便。近年來和Ansa聯盟，開發了基于Ansa的前處理器，并開發了TOSCA GUI界面，以及ansys workbench當中ACT的插件，可以直接在workbench當中進行拓撲優化仿真。
展開 基于ANSYS workbench平臺下nCode Design Life的連桿疲勞分析簡例
本分析實例采用ANSYS Workbench平臺下nCode Design Life對一個承受交變應力的簡易連桿結構進行疲勞分析。
該分析為筆者原創教程，轉帖請注明出處和作者筆名：CAE夢想很偉大。
作者水平有限，難免錯誤，請見諒。另未能對每一個分析進行詳細說明，且本例僅僅作為一個交流的疲勞案例，與工程實踐相差甚遠，切勿直接用于工程分析和論文撰寫。
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基于ANSYS workbench平臺下nCode Design Life的連桿疲勞分析流程簡述
幾何模型與網格劃分如圖所示
約束條件與接觸設置
針對連桿進程與回程過程承載不同，分別賦予Bearing Load軸承載荷不同的數值與方向（在項目流程圖中建立兩次靜力學分析）
求解并后處理等效應力分布
兩個結果聯合導入ANSYS workbench平臺下nCode Design Life，將兩個靜力學求解solution拖入nCode Design Life。
Bearing Load軸承載荷在WB的疲勞工具中不能進行換向處理，因此在nCode中簡化考慮該結構承受兩個方向的載荷，為Zero-based loading載荷方式，擴大比例系數為2。右鍵S-N分析，修改為常幅值分析，將min-factor設置為0，max-factor設置為2。
疲勞材料屬性與SN曲線：右鍵S-N分析，打開材料菜單，將材料賦予所有的mat。
展開 圖13連桿數字孿生體模型搭建及封裝
五、連桿數字孿生體模型部署
將輸出的連桿twin模型文件和應變數據csv文件導入Ansys Deployer中，包含實際采集測試應變的csv文件的輸出端與twin文件模型輸入端對應連接，建立連桿數字孿生體模型，如下圖14所示。經調試求解成功后，利用其Export Python App生成可執行程序SDK文件夾，文件夾中包含的主要內容，如下圖15所示。該文件夾通過命令行執行，可完全脫離有限元仿真環境，并獲得連桿現實場景中應力和變形結果的實時響應，如圖16和圖17所示。其中圖17為連桿載荷歷程對應的最小、最大和平均應力的不同結果曲線。
圖14 建立連桿數字孿生體模型
圖15 可執行SDK文件夾生成
圖16 運行中的可執行程序SDK文件夾
圖17 SDK文件夾運行輸出的連桿應力結果
六、總結
本文介紹了聯合利用Ansys Mechanical、True-Load、Ansys Twin Builder和Ansys Deployer軟件進行連桿數字孿生體模型建立的操作過程及注意事項。
展開 摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉向節的拓撲結構優化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優化目標函數，通過比較不同拓撲優化結果的區別和優劣勢，選取了最優的拓撲優化建模方法。隨后，根據拓撲優化結果，建立了工程化結構數模。實驗結果表明，在所建立的多目標拓撲優化目標函數下，得到了一種在工藝約束下最優的汽車轉向節拓撲結構，并且該結構具有較好的力學性能和穩定性，可為實際工程應用提供參考。
關鍵詞：ANSYS;汽車轉向節;拓撲優化;工藝約束;多目標優化;力學性能;
1 引言
汽車轉向節是汽車轉向系統的重要部件，其結構和性能直接影響著汽車的操控性和安全性。傳統的轉向節設計通常采用經驗設計和試錯方法，存在設計時間長、成本高、效率低等問題，同時難以滿足不同工況下的需求。隨著計算機仿真技術的不斷發展，基于拓撲優化的汽車轉向節設計已經成為一個研究熱點。在不同的工藝約束下，通過建立多目標拓撲優化目標函數，可以快速高效地得到優化結果，有效提高轉向節的性能和質量。此外，拓撲優化設計還可以大幅減少設計時間和成本，提高設計效率和可靠性，同時降低產品開發風險，具有非常廣闊的應用前景。
2 汽車轉向節結構及其優化
2.1 汽車轉向節的結構和功能
汽車轉向節是汽車轉向系統中非常重要的部件之一，主要起到連接轉向系統和輪轂的作用。其主要功能是將駕駛員的轉向操作傳遞到車輪，控制車輛的方向和行駛狀態。傳統的汽車轉向節結構通常采用鑄造或鍛造的方式制造，形狀比較固定，存在一些設計上的局限性。而拓撲優化技術則可以通過對結構的重新設計和優化，實現優化結構的得到，進一步提高汽車轉向節的性能和質量[1]。
2.2 拓撲優化在汽車轉向節設計中的應用
拓撲優化作為一種優化設計方法，在汽車轉向節的設計中具有廣泛的應用。
展開 采用有限元的分析方法，在靜態分析的基礎上，以汽車變速器齒輪的厚度作為設計變量，以齒輪的重量作為目標函 數，建立齒輪的優化模型。應用ＡＮＳＹＳ軟件對汽車變速器齒輪進行結構的有限元分析及優化，從而提高變速器的整體性能
基于ANSYS的汽車變速器齒輪的優化設計.pdf
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摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉向節的拓撲結構優化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優化目標函數，通過比較不同拓撲優化結果的區別和優劣勢，選取了最優的拓撲優化建模方法。隨后，根據拓撲優化結果，建立了工程化結構數模。實驗結果表明，在所建立的多目標拓撲優化目標函數下，得到了一種在工藝約束下最優的汽車轉向節拓撲結構，并且該結構具有較好的力學性能和穩定性，可為實際工程應用提供參考
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一、引言
數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過優化和指令來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
通過數字孿生體模型，可以實現全面監控系統的關鍵參數，分析系統在非常規條件下的各種性能，如惡劣工作環境
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Ansys SPEOS致力于眩光問題的處理和預測，為進一步優化設計奠定基礎，其人眼視覺光學仿真功能以三維數據為依據，可直接仿真出整車布置的人眼視覺效果，同時可以進行定量分析，減少樣件的制作次數，甚至不需制作樣件，前期節約的時間可以為后期開模提供更多的寶貴時間。此外，Ansys SPEOS支持GPU預覽，提前預覽模擬結果，減少錯誤產生，分析效率大大提升。本次網絡研討會，
課程簡介：
隨著對駕駛室的人性化設計要求越來越高，舒適與安全的照明設計越發顯得重要，駕駛員的駕駛感受與體驗受到高度關注，對汽車內飾視覺環境下的眩光、反光、視覺感知效果因此提出了全新要求。
Ansys SPEOS致力于眩光問題的處理和預測，為進一步優化設計奠定基礎，其人眼視覺光學仿真功能以三維數據為依據，可直接仿真出整車布置的人眼視覺效果，同時可以進行定量分析，減少樣件的制作次數，甚至不需制作樣件
模型
簡單模型，一個圓盤，上下兩個對稱剎車片。材料選擇不銹鋼材料屬性。
靜力分析
第一步，摩擦接觸，設定剎車片與圓盤之間為摩擦接觸，摩擦系數0.3，behavior為Asymmetric。具體描述如下圖所示;
再插入命令流，獲取摩擦接觸的單元，生成制動盤上的目標單元組件，命令流：esel,s,type,,tid，其中tid為目標單元類型。
具體其中一組單元類型獲取方法
隨著車輛性能的提高及高等級公路的建設，車輛的速度越來越快，車輛外流場的氣動噪聲以車速的6次方的數量增長。因而，當車輛的其它噪聲得到有效的控制后，車輛的氣動噪聲就變得尤為重要了。70年代研究人員發現，車速為 70km/h的情況下，氣動噪聲的范圍為62~78dB；而在速度為110km/h的情況下，氣動噪聲的范圍達到80~90dB。新的研究表明，車速超過100km/h，氣動噪聲對車外噪聲的影響己超過了其它噪聲
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