VPD技術(shù)在汽車中的運用現(xiàn)況分析范文

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引言

虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VirtualProductDevelopment)是建立在可以用計算機完成產(chǎn)品整個開發(fā)過程這一構(gòu)想的基礎(chǔ)之上。工程師完全在計算機上建立產(chǎn)品模型,對模型進行分析,然后改進產(chǎn)品設(shè)計方案,用數(shù)字模型代替原來的實物原型,進行分析、試驗、改進原有的設(shè)計,這樣只需制作一次最終的實物原型,使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功[1]。企業(yè)通過vpd這種新技術(shù)把握住產(chǎn)品開發(fā)過程,能夠?qū)蛻舻男枨笞兓鞒隹焖凫`活的反應(yīng),并且完全按照規(guī)定的時間、成本和質(zhì)量要求快速的將產(chǎn)品推向市場。

1VPD技術(shù)在汽車發(fā)動機上的應(yīng)用

1.1曲軸系分析

曲軸是發(fā)動機中結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,承受載荷比較大的零件。在曲軸的工作過程中,疲勞失效往往是其失效的主要原因,因此,對曲軸疲勞性能研究顯得尤為重要。由于曲軸屬于高速旋轉(zhuǎn)部件,若采用傳統(tǒng)的靜強度分析,則不能準(zhǔn)確地反映曲軸在工作狀態(tài)下真實的受力情況。

(1)對發(fā)動機曲軸系(包括曲軸、連桿、主軸承座等)進行符合實際的三維建模型與裝配,各部件之間采用不同的連接體進行連接,構(gòu)成發(fā)動機曲軸系的多體非線性模型,在建模的過程中同時考慮軸承油膜的影響。對此模型進行動力學(xué)求解,得到曲軸的動力學(xué)特性與主軸承油膜特性。(2)將動力學(xué)分析得到的結(jié)果作為輸入條件施加到曲軸有限元模型(圖1)上,應(yīng)用MSC.Nastran軟件求解得到曲軸一個工作循環(huán)下的瞬態(tài)應(yīng)力(圖2),進而得到曲軸關(guān)鍵點的疲勞安全系數(shù)來考察曲軸的耐久性[2]。

1.2缸蓋缸體一體化分析

缸蓋缸體一體化分析主要分為水套CFD分析、缸蓋缸體溫度場分析、缸蓋缸體結(jié)構(gòu)分析三個部分。通過水套的CFD分析,得到水套中冷卻液體的流速、壓力損失、對流傳熱系數(shù)等。然后將部分CFD分析結(jié)果作為輸入條件施加到結(jié)構(gòu)分析的有限元模型中,計算缸體和缸蓋的溫度場分布。最后再基于溫度場的分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)分析,主要包括以下工況:(1)裝配載荷;(2)熱載荷;(3)工作載荷(燃?xì)獗l(fā)壓力等);(4)冷卻狀態(tài)。通過對這一系列工況分析,對缸蓋缸體的耐久性、缸孔變形以及缸墊密封性進行評估。

2VPD技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用

2.1車身的疲勞強度分析

車身疲勞強度分析能力是日益縮短的整車開發(fā)流程對車身設(shè)計提出的關(guān)鍵要求之一。隨著載荷測量和模擬技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展,疲勞壽命法被引入到車身疲勞強度分析中,這種方法采用時間-載荷信號計算疲勞壽命,能夠考慮多種載荷歷史造成的損傷積累,具有分析結(jié)果簡單、直觀,經(jīng)驗依賴較少等優(yōu)點。

疲勞壽命計算通過對應(yīng)力(應(yīng)變)歷程的雨流計數(shù)(RainFlowcycle)得到相應(yīng)的FATIGUECYCLE,將其與材料的S—N曲線比照,得到損傷矩陣,并進一步求和計算總損傷值[3]。

2.2車門的變形分析

汽車車門安裝到車身上后,需要對車門進行剛度測試,以避免導(dǎo)致車門與側(cè)圍的間隙無法保證,產(chǎn)生干涉以及關(guān)閉困難等方面的問題,保證汽車車門能正常使用。對某車型安裝在中立柱上的車門,應(yīng)用MSC.Nastran軟件進行了非線性分析,得到了車門—中立柱系統(tǒng)在垂直載荷下的殘余變形。圖3為車門的有限元模型和車門在1000N載荷下的變形。

3VPD技術(shù)在汽車底盤上的應(yīng)用

進行空氣彈簧的有限元分析,空氣彈簧的橡膠囊是一種層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu),其基體橡膠是大變形材料,而增強材料是小變形的尼龍或聚酯簾線等,簾線體積含量雖小,卻承受了大部分載荷,是空氣彈簧的主要承載部件,應(yīng)用MSC.Marc對其進行有限元分析。圖4為空氣彈簧的二維有限元模型,經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換后轉(zhuǎn)化為三維有限元模型(圖5)并進行分析,得出空腔壓力與時間和空腔壓力與體積的關(guān)系曲線[4],見圖6、圖7。

4VPD技術(shù)在汽車電子方面的應(yīng)用

對汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行設(shè)計。

(1)項目目標(biāo):通過VPD技術(shù),建立實際汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的虛擬樣機,從而進行參數(shù)規(guī)格設(shè)計,以滿足設(shè)計目標(biāo)[2-3]。

(2)解決方案:采用MSC.EASY5建立液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型,采用MSC.ADAMS/Car建立整車動力學(xué)模型,將兩個模型整合并進行聯(lián)合仿真,調(diào)試模型參數(shù)并重復(fù)仿真直到滿足設(shè)計要求。

(3)設(shè)計流程:①確定進行仿真分析和參數(shù)設(shè)計的工況;②建立MSC.ADAMS/Car整車動力學(xué)模型,并建立與MSC.EASY5進行數(shù)據(jù)交互的輸入和輸出變量;③建立MSC.EASY5液壓系統(tǒng)模型;將MSC.EASY5液壓系統(tǒng)模型與MSC.ADAMS/Car模型整合,建立完整的系統(tǒng)模型;④進行不帶轉(zhuǎn)向助力情況下的聯(lián)合仿真;⑤引入轉(zhuǎn)向助力,用初步設(shè)計的模型參數(shù)進行仿真比較不帶轉(zhuǎn)向助力和帶有轉(zhuǎn)向助力的仿真結(jié)果;⑥改進后的設(shè)計方案滿足性能需求,接受本次的參數(shù)規(guī)格和仿真結(jié)果,見圖8。

5結(jié)語

通過以上事例可以看出,VPD技術(shù)在汽車工業(yè)的應(yīng)用還是非常廣泛的,在新產(chǎn)品的研發(fā)過程中起到了很重要的作用。目前由于對VPD技術(shù)還沒有充分的了解,對其結(jié)果還有懷疑態(tài)度,VPD技術(shù)并沒有得到全面的應(yīng)用,隨著創(chuàng)新理念的不斷提升、VPD技術(shù)的不斷發(fā)展,VPD技術(shù)在中國汽車工業(yè)中的應(yīng)用必然會更為廣泛。