有限元分析技術在汽車輪轂設計中的應用研究
來源: | 作者:chinacaw | 發布時間: 2020-03-20 | 345 次瀏覽 | 分享到:

        摘要:現在產品的更新換代速度越來越快,如何快速設計出既美觀又滿足功能安全需要的丁%11,產品成為現階段的主要方向。文章通過對比傳統輪轂設計流程與運用有限元分析技術輔助的設計流程,分析應用有限元方法進行設計的優勢,并通過設計實踐來檢驗設計的合理性。再進一步分析輪轂設計的未來趨勢及有限元分析技術在其中起到的作用,使得設計流程更加更加科學高效。

        關鍵詞:汽車輪載設計;設計流程;有限元分析;發展趨勢

        現在人們的生活水平越來越高,對產品的要求也隨之提升,如何快速設計出既美觀又滿足功能需求的產品是工業設計的研究方向。在工業產品的研發過程中有很多客觀的硬性要求在約束著產品的造型設計,比如,材料限制、加工工藝的限制和產品安全可靠性的限制。以汽車輪轂為例,在設計輪轂時不僅僅要考慮輪輻的造型美觀,還要考驗輪轂整體結構的可靠性,只有滿足國家標準GB/T5334-2005《乘用車車輪性能要求和試驗方法》才能面向市場銷售。所以,在設計過程中引入有限元分析技術,對設計出的數據進行有限元仿真搭建不同的試驗工況進行分析,可以實現輪轂設計與可靠性分析同時進行,在設計的過程中對輪轂結構進行實時的優化大大提高設計的效率。

        1 有限元分析及其技術應用領域

        有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)是運用數學近似的方法對物理結構和載荷工況進行模擬。利用簡單的單元(Element)之間的相互作用和關系來仿真物理結構的實際工作中的狀態,就可以將無限數量的未知量轉化為有限未知量的求得近似解。

        有限元分析的基本步驟通常為,如圖1。(1)幾何數據的前處理。對需要仿真分析的幾何結構數據進行幾何清理,將幾何特征進行適當的簡化并劃分成合適的網格,根據不同的幾何結構可以選擇不同的單元類型進行仿真,單元類型可以分為殼單元(Shells)、實體單元(Solids)、梁單元(Beams)。給處理好的網格定義材料屬性,并根據真實的試驗情況施加約束、載荷和工況(盡可能的接近實際試驗狀態);(2)數據分析。選用合適的數值求解器(不同的求解器對網格劃分的要求不同)對處理好的網格數據進行求解計算;(3)計算結果后處理。根據處理后的數據幾何結構的可靠性進行評估,并對風險項進行優化設計;(4)再次驗證。對優化后的FEA模型再次數據分析,驗證優化后的設計方案是否規避了風險并且合理可靠。

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