汽车车身设计 基于proe的引擎盖建模文档格式.docx

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1971年,日本学者Yamada首先将弹塑性有限元方法引入到板料成形模拟中,分析了圆筒形的拉伸问题。

同时Hibbitt在Hill有限变形理论基础上采用拉格朗日描述,建立了大变形弹塑性有限元理论。

在国外,早在90年代以前板料成形有限元数值模拟技术已经成为汽车生产厂家与模具生产制造公司用来提高产品核心竞争力的必备技术。

第一章引擎盖的特点

1、1表面质量

引擎盖表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观,因此引擎盖表面不允许有波纹、折皱、凹痕、擦伤、边缘拉痕与其她破坏表面美观的缺陷。

引擎盖上的装饰棱线与筋条要求清晰、平滑、左右对称与过度均匀。

总之引擎盖不仅要满足结构上的功能要求,更要满足表面装饰的美观要求。

1、2制造材料

采用橡胶发泡棉与铝箔材料制造而成,在降低发动机噪音的时候,能够同时隔离由于发动机工作时产生的热量,有效保护引擎盖表面上的漆面,防止老化。

1、3作用

1、空气导流。

对于在空气中高速运动物体,气流在运动物体周边产生的空气阻力与扰流会直接影响运动轨迹与运动速度,通过引擎盖外形可有效调整空气相对汽车运动时的流动方向与对车产生的阻碍力作用,减小气流对车得影响。

通过导流,空气阻力可分解成有益力,力高前轮轮胎对地的力量,有利于车的行驶稳定。

流线型引擎盖外观基本就是依照这个原理设计的。

2、保护发动机及周边管线配件等。

引擎盖下,都就是汽车重要的组成部分,包括发动机、电路、油路、刹车系统以及传动系统等等。

对车辆至关重要。

通过提高引擎盖强度与构造,可充分防止冲击、腐蚀、雨水、及电干扰等不利影响,充分保护车辆的正常工作。

3、美观。

车辆外观设计就是车辆价值的一个直观体现,引擎盖作为整体外观的一个重要组成部分,有着至关重要的作用,赏心悦目,体现整体汽车的概念。

4、辅助驾驶视觉。

驾驶员在驾驶汽车过程中,前方视线与自然光的反射对驾驶员正确判断路面与前方状况至关重要,通过引擎盖的外形可有效调整反射光线方向与形式,从而降低光线对驾驶员的影响。

5、防止意外。

引擎工作在高温高压易燃环境下,存在由于过热或者就是原件意外损坏而发生爆炸或者就是燃烧、泄露等事故,引擎盖可有效阻挡因爆炸引起的伤害,起到防护盾作用。

有效阻隔空气与阻止火焰的蔓延,降低燃烧风险与损失。

6、特殊用途平台。

特种车辆中,有利用高强度引擎盖作为工作平台,起到支撑作用。

第2章引擎盖结构及其简化模型

2、1研究对象

研究对象就是现代轿车普遍采用的引擎盖,本次研究选取的上海大众帕萨特2003款轿车（见图1、1）的引擎盖作为研究对象,来进行简化研究。

简化的引擎盖模型就是一种假设,对这一假设进行基于ANSYS的有限元分析,检验该车门结构设计的合理性、可靠性以及就是否满足各项技术性能的要求,为引擎盖的设计与优化提供思路与参考依据。

图1、1

2、2简化原则与步骤

原则:

（1）尽量减小建模的复杂度;

（2）尽量不引起结构的刚度改变。

步骤:

（1）将对于结构刚度影响较小的附件除去,减少的重量用施加的力补上。

（2）简化复杂结构。

第3章在PROE中建立引擎盖三维模型

本次研究选取的就是上海大众帕萨特2003款,经实际测量长为144cm,宽100cm,引擎盖中心顶点到左右圆弧边长度为74cm,选取厚度为1cm。

引擎盖的整体弯度可瞧成圆弧形状,半径为r=373、79cm。

打开proe软件,进行拉伸1操作,按照实际测量尺寸画弧面进行草绘,再进行拉伸,如图3、1

图3、1

进行拉伸2与拉伸3操作,按照实际车体引擎盖的形状,对拉伸1进行拉伸操作,将拉伸1进行切割,切割2次,得出引擎盖的大体形状。

见图3、2、图3、3、图3、4与图3、5。

图3、2

图3、3

图3、4

图3、5

进行拉伸4操作,按照实际车体引擎盖的形状,对引擎盖上边角进行拉伸切割。

如图3、6与图3、7。

图3、6

图3、7

将proe的prt格式保存为iges格式（便于在proe软件绘出的图形导入ansys软件中）:

执行操作文件--保存副本命令,再在“保存副本”对话框的文件类型栏内选择“iges”的文件格式保存即可。

第4章在ANSYS中对引擎盖进行研究

4、1关于单位、正负与方向

为了保证单位统一,列出本文所用到的所有单位,如表2-1所示。

后文各项数据将不再标出单位。

表2-1单位

名称

单位

长度

m

力

N

质量

kg

压力

Pa

时间

s

加速度

m/s2

弹性模量

角度

°

泊松比

无

密度

kg/m3

正负与方向都取决于ANSYS中的坐标系。

4、2单元类型的确定

对于钣金件,比较适用的就是shell（壳）单元,可以大大节省计算时间,而且可以达到较高的精度。

如果使用shell单元来做分析,那么必须以面的形式来建立车门装配模型。

笔者已经尝试过用面的形式来建立车门装配模型,但没有成功。

因为,车门零件之间的连接关系,在有些情况下不能用面之间的连接来实现。

因此,这里采用了solid（实体）单元,也就就是用体的形式来建立车门装配模型,获得了成功。

4、3ANSYS前处理

4、3、1导入过程

打开ANSYS软件,proe零件导入ANSYS中:

从菜单file>

import>

IGES如图4、1,找到之前Pro/E文件的路径打开。

图4、1

4、3、2创建有限元模型

进入前处理器并定义单元类型:

选取菜单MainMenu>

Preprocessor>

ElementType>

Add/Edit/Delete,弹出如图4、2所示,ElementTypes对话框,单击按钮Add,设置如下:

左边列表框中选择StructuralShell。

右边列表框中选择Elastic4node63。

Elementtypereferencenumber项输入1。

图4、2

图4、3

4、3、3定义单元常数

RealConstants>

Add/Edit/Delete,如图4-2,在RealConstants对话框中单击Add按钮,弹出ElementTypeforRealConstants对话框,设置如下:

RealConstantSet项输入1,即单元实常数编号为1、

TK（I）输入0、01（仅仅输入一个节点位置的厚度,其她默认与节点I等厚度）

图4、4

4、4、4定义材料属性

选取菜单MalnMenu>

MaterialProps>

MaterialModels,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框,在右边MaterialModelsAvailable框中连续双击选择Structural>

linear>

Elastic>

Isotropic,接着弹出linearIsotropicPropertiesforMaterial…对话框,设置下列选项。

如图4、5

●EX项输入6e10。

●PRXY项输入0、3。

单击OK按钮返回DenneMaterialModelBehavior对话框,选择该对话框菜单DefineMaterialModelBehavior>

Material>

Exit。

图4、5

4、4、5给面分配单元属性

选择菜单MainMenu>

Meshing>

MeshTool,弹出如图4-4对话框,在ElementAttributes下拉列表中选择Areas,单击其后的Set按钮,弹出AreaAttributes拾取对话框,单击PickAll按钮,在AreaAttributes属性分配对话框,设置下列选项。

MATMaterialnumbers选择1,即面材料类型为1。

REALRealconstantsetnumber选择1,即面单元实常数为1。

TYPElementtypenumber选择1shell63,即单元类型为1。

ESYSElementcoordinatesys选择0,即面单元坐标系为0号总体直角坐标系。

4、4、6执行网络划分

在MeshTool对话框中,勾选SmartSize,拖动滚动条到4（数字即为划分单元格大小。

数字越大,单元格越大,网格越疏;

反之,单元格越小,网格越密,时间也越长。

）,点击Mesh,弹出MeshArea拾取对话框,单击PickAll按钮执行网格划分操作。

结果如图4、6所示。

图4、6

4、5施加载荷并执行求解

4、5、1进入求解器并选择分析类型

Solution>

AnalysisType>

NewAnalysis,弹出NewAnalysis对话框,选择Static,单击OK按钮。

图4、7

4、5、2设置载荷步选项

AnalysinType>

Sol’nControl,选择Basic选项卡,设置如下选项:

TimeControl的Timeatendofloadstep项输入1,即终点时间为1。

选择Timeincrement选项,即选择时间增量控制方法。

Timestepsize项输入0、2,即时间增量为0、2。

Frequency项选择WriteeveryNthsubstep,即所有载荷子步的结果都输入结果文件。

单击OK按钮。

4、5、3施加固定边界条件

Main>

Menu>

DefineLoads>

Apply>

Structural>

Displacement>

OnLines,弹出ApplyU,ROTonLines拾取对话框,鼠标拾取引擎盖内侧边,单OK按钮弹出ApplyU,ROTonLines对话框,在列表中选择AllDOF,其她项默认设置。

4、5、4施加面域均布压力

DefineLoads>

Pressure>

OnAreas,

弹出ApplyPRESonAreas拾取对话框,鼠标点击引擎盖上表面,单击OK按钮弹出ApplyPRESonAreas压力对话框,VALUELoadPRESvalue项输入2000,其她项默认设置,单击OK按钮。

图4、8

图4、9

图4、10

4、5、5执行求解

Solve>