车用支架有限元强度分析

车用支架有限元强度分析

1.绪论

1.1 本课题研究的目的及意义

本文根据hypermesh的理论方法，利用hypermesh软件对车支架进行了简单的强度分析。

本课题研究的是用数值模拟的方法，对车支架简化的三维模型，进行网格划分和数值模拟计算，在外加的扭矩下，然后获取该模型的主要应力状态，根据计算结果，对该模型的强度进行初步分析。通过分析结果，观察支架的应力分布的情况。发现一辆汽车在行使时,会对其支架造成不可避免的冲击。通过对本课题的研究使我们能进一步了解改善汽车零部件强度的方法和认识汽车力学分析的重要性，为以后的发展研究打下基础。 1.2 ABAQUS总体介绍

ABAQUS是功能强大的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学

系统，模拟非常庞大复杂的模型，处理高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。由于ABAQUS强大的分析能力和模拟复杂系统的可靠性，它在各国的工业和研究中得到广泛的应用，在大量的高科技产品开发中发挥着巨大的作用。

ABAQUS使用起来十分简单，可以很容易地为复杂问题建立模型。对于大

多数模型（包括高度非线性的问题），用户仅需要提供结构的几何形状、材料特性、边界条件和载荷工况等工程数据。在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的载荷增量和收敛准则，并在分析过程中不断地调整这些参数值，确保获得精确的答案，用户几乎不必去定义任何参数就能控制问题的数值求解过程。

ABAQUS具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材

料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。作为一种通用的模拟工具，ABAQUS不仅能够解决结构分析（应力/位移）问题，而且能够分析热传导、质量扩散、电子元器件的热控制（热/电耦合分析）、声学、土壤力学（渗流/应力耦合分析）和压电分析等广泛领域中的问题。

1.3 ABAQUS分析步骤

有限元分析包括以下三个步骤：前处理、分析计算和后处理。

1.3.1 前处理

在前处理阶段需要定义物理问题的模型，并生成一个ABAQUS输入文件。ABAQUS/CAE是完整的ABAQUS运行环境，可以生成ABAQUS模型、交互式地提交和监控分析作业，并显示分析结果。本课题中采用HyperMesh作为前处理器，对Catia建立的支架模型进行前处理。

1.3.2 分析计算

在分析计算阶段，使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型，通常以后台方式运行，分析结果保存在二进制文件中，以便于后处理。完成一个求解过程所需的时间取决于问题的复杂程度和计算机的运算能力，可以从几秒到几天不等。

1.3.3 后处理

ABAQUS/CAE的后处理部分又称为ABAQUS/Viewer。可以用来读入分析结果数据，以多种方法显示分析结果，包括彩色云纹图、动画、变形图和XY曲线图等。

2.计算模型的建设

2.1对模型进行简化

本课题研究的是某车用支架的强度数值模拟，将模型简化后，具

有一般性，对我们了解和认识强度分析具有一般性的帮助。而且，实际轿车车用支架结构复杂，如果要完全模拟实车，汽车模型的几何文件生成、网格的划分都要占用大量的计算机内存和计算时间，这是我

们个人电脑无法完成的，所以有必要进行建模优化即几何简化处理。 具体简化尺寸如下图所示：

图1 车用支架模型

注：1.该支架模型上下两部分完全相同且对称 2.该支架两部分采用四个螺栓连接

2.2 HyperMesh对支架进行前处理 2.2.1HyperMesh简介

Hypermesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。在CAE领域，HyperMesh最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理功能和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80%的时间都花费在了有限元模型的建 立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。

HyperMesh是一个高性能的有限元前后处理器，它能让CAE分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他的有限元前后处理器比较，HyperMesh的图形用户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维

CAD几何模型(UG,Pro/E,CATIA等)已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高，可以大大减少很多重复性的工作，使得CAE分析工程师能够投入更多的精力和时间到分析计算工作上去。同样，HyperMesh也具有先进的后处理功能，可以保证形象地表现各种各样的复杂的仿真结果，如云图，曲线标和动画等。

在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。其他很多有限元前处理软 件对于一些复杂的，大规模的模型在读取数据时候，需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，这样后续的CAE分析工作就无法进行；而如果采用 HyperMesh，其强大的几何处理能力使得HyperMesh可以很快的读取那些结构非常复杂，规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程 师的工作效率，也使得很多应用其他前后处理软件很难或者不能解决的问题变得迎刃而解。

2.2.2螺栓连接的优化处理

网格划分后螺栓如图2所示: