HyperMesh数据库的建立及在车架设计中的应用

　1 概述

　　数据库，顾名思义，是存入数据的仓库，只不过这个仓库是在计算机存储设备上，而且按一定格式存放。不论我们做什么事情，当数据积累到一定程度，数据量都会急剧增长。为了今后更方便的查询，我们应该将其以一定的模式保存起来以便能更好的利用这些数据资源。仿真分析在东风公司开展已经多年，经过各个设计人员不懈的努力和积累，组建了我们自己的简单的HyperMesh仿真数据库，可以方便的让设计人员根据需要调用需要的数据，大大减少了仿真分析人员建模的时间，同时也便于初学者的学习。

　　本文详细介绍了东风汽车公司利用多年的有限元仿真分析成本，组建自己的HyperMesh数据库，并通过实际案例介绍了仿真分析人员，如何利用HyperMesh仿真数据库快速组建车架模型来进行仿真分析的过程。HyperMesh数据库的建立大大减少了有限元仿真前处理所需的时间，极大的提高了仿真分析的效率。

　2 概述仿真数据库的建立

　　大家都知道在仿真计算中，80%的时间都花在了建模上。而其实在分析过程中，我们可以发现很多时候，零部件或车架总成都只是局部做了修改，如果可以借用以前分析过的零件，做一点小改动，将很快能建立新的有限元模型。基于此思路，我们将平常各设计人员分析计算过的各种零部件写成通用的FEM格式，并分类存放，建立初步的HyperMesh数据库，使得我们遇到类似零件时能快速调取以前的模型，稍做修改，得到新模型，此举大大提高了我们的分析速度。我们建立的HyperMesh数据库如下图1至图4所示。

图1 HyperMesh数据库中零部件部分

图2 HyperMesh数据库中车架部分

图3 HyperMesh数据库中结果文件库

图4 HyperMesh数据库中文档报告

　3 HyperMesh数据库应用实例

　　3.1 案例一：K24车架强度，模态计算

　　新设计的8×4车架K24是在原有的6×4车架K22基础上加长轴距而成的，其车架横梁、纵梁及其部件都与原K22车架基本一致。由于原K22车架已经经过有限元计算，在我们的HyperMesh数据库中留有有限元模型数据，因此我们可以借用K22的有限元模型快速建立K24的有限元模型。K22有限元模型与K24几何模型差异如图5所示。

图5 K22有限元模型与K24几何模型差异图

　　由上图我们可以看出，K24与K22的区别在于纵梁加长了1000mm，所以横梁的布置发生了改变，因此我们可以利用HyperWorks自带的工具对K22车架有限元模型做局部调整，使之符合K24的车架，调整后的K24有限元模型如图6所示。

图6 调整后的有限元模型与K24几何模型完全匹配

　　K24车架受到的各种载荷如表1所示。

表1 K24车架载荷

　　由于车架举升状态时车架只处于弯曲工况下，因此此次计算都只考虑弯曲载荷的作用。K24强度计算工况如下所示：

　　工况一：前、后都弹性连接，连接板半焊接，不考虑接触。

　　工况二：前弹簧后刚性连接，连接板半焊接，不考虑接触。

　　工况三：前、后都刚性连接，连接板半焊接，不考虑接触。

　　工况四：前、后都刚性连接，连接板全焊接，不考虑接触。

　　工况五：前、后都刚性连接，增加连接板，连接板全焊接，不考虑接触。

　　工况六：前弹簧后刚性连接，连接板半焊接，延长加强板，不考虑接触。

　　工况七：前、后刚性连接，连接板半焊接，考虑接触。

　　工况八：前、后刚性连接，连接板半焊接，延长加强板，考虑接触。

　　工况九：前、后刚性连接，连接板半焊接，加垫木，延长加强板，考虑接触。

　　工况十：前、后刚性连接，连接板全焊接，加垫木，考虑接触。

　　工况十一：前、后刚性连接，连接板全焊接，加垫木，加连接板，考虑接触。

　　工况十二：前、后刚性连接，连接板全焊接，加垫木，加连接板，加新加强板，考虑接触。

　　通过有限元计算，K24车架的强度计算结果如表2所示，模态计算结果如表3所示。

表2 K24各工况强度计算结果

表3 K24车架模态频率值单位：Hz

　　由于此次计算K24车架载荷比较大，达到82T，而且后几个工况都是考虑前后桥全部刚性连接，因此应力结果都偏大。由表2强度计算结果可知：全焊接和加连接板两种方法对减小车架及加强板应力的效果不明显，降幅都在2%以内。而延长加强板的方案使车架最大应力降低6.53%，加强板应力降低3%以上。因此延长加强板的方案是减小车架及加强板应力的最有效方案，建议采用。

　　上述K24车架如果不用数据库的K22模型，一个仿真分析人员至少需要32个工时才能完成前期所有模型的有限元建模工作。而使用数据库已有的模型，通过HyperWorks自带的工具调整模型，只需要4-8个工时即可完成建模工作。大大减少了分析人员花在前处理上的时间，提高了分析效率。

　　3.2 案例二：K4406车架第一横梁支座优化减重项目

　　为了响应技术降成本的要求，精铸厂对T2系列车的第一横梁支座进行了优化设计，现在需要对改进后产品的刚度以及对整车的影响进行分析，确定改进是否合理。以T2系列车架为分析对象，利用有限元软件HyperWorks分析T2系列车架更改第一横梁支座后，其刚度，强度是否满足设计要求，并对比更改前后模态的变仳。优化设计前后的第一横梁支座有限元模型图如图7和图8所示。

图7 第一横梁支座改进前有限元模型

图8 第一横梁支座改进后有限元模型

　　为了验证支座的优化设计是否满足设计要求，需要将其装配到车架模型中进行刚度、强度、模态的计算，全面考察此改进对整个车架的影响。为了减少工作量，我们利用数据库中已有的T2系列车架K4406来进行计算。将原K4406车架第一横梁支座替换成优化后的支座，整个有限元建模工作只需要30分钟。更换第一横梁支座前后的有限元模型图如图9和图10所示。

图9 更换第一横梁支座前的有限元模型图

图10 更换第一横梁支座后的有限元模型图

　　由于是对更换第一横梁支座前后的刚度、强度、模态进行对比分析，因此未更换第一横梁支座前的计算结果也采用数据库中已有的结果，并且更换第一横梁后的所有载荷、约束和计算工况都可以采用已有的数据，因此此次计算只需要简单的任务提交就可以完成。K4406更换第一横梁支座强度计算结果如表4所示，刚度计算结果如表5所示，模态如表6所示。

表4 强度计算结果应力单位：Mpa

表5 刚度计算结果

表6 模态计算结果单位：Hz

　　由上述计算结果可知，更改第一横梁后，整车的最大变形、最大Von Mises应力没有发生变化。第一横梁支座的应力略有增大，在弯曲和弯扭组合工况下的增幅分别为9.86%，6.94%。K4406车架的弯曲刚度几乎未发生改变，而其扭转刚度降低了8.04%。但是扭转刚度仍然满足设计要求。更换第一横梁支座前后K4406车架的模态振型一致，且频率值几乎没有发生变化。因此第一横梁支座优化设计方案可行。

　　从案例二可知，HyperMesh数据库可以有效的应用于模型优化结果的校核，并且由于HyperMesh数据库同时接纳了以前的计算结果及载荷工况，因此可以很方便的查询并利用以前的计算结果。

　4 概述总结

　　由上述案例可知，HyperMesh数据库的建立和合理利用，将大大地减少仿真分析人员的工作量，极大地提高了仿真分析的效率，节省了仿真分析的时间。

(本文不涉密)
责任编辑：

转载：感谢您对网站平台的认可，以及对我们原创作品以及文章的青睐，非常欢迎各位朋友分享到个人站长或者朋友圈，但转载请说明文章出处。