CN111222263B - 一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法 - Google Patents
一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,属于仪表板横梁振动试验模拟方法。包括建模,划分仪表板横梁和仪表板网格,加载设置,在仪表板横梁与车身连接处,施加固定约束,提交计算,使用该通用有限元软件,直接点击计算按钮,计算;计算结束后查看结果,该软件会自动计算出应力最大的区域以及最大应力值,把应力值与材料的屈服强度做比较,小于屈服强度则产品合格。优点是:采用大量的简化,大大节省了计算机的计算时间,同事也节省了建模的时间,节省时间大约在50%以上;本方法经过了多款汽车零部件的实际检验,结果准确,能有效的指导产品的实际生产。
Description
技术领域
本发明涉及仪表板横梁振动试验模拟方法。
背景技术
仪表板总成是汽车零部件重要的组成部分,而作为其支撑骨架的仪表板横梁,有着很高的性能要求:要求较高的刚度,保证挂载在其上的仪表板零件不会发生太大的位置变化;要求良好的振动性能,因为方向盘的抖动很容易被驾驶员感知到,所以要求仪表板横梁在受到一定频率范围内的激励时,不会塑性变形和明显抖动。
现有的IP总成振动试验的建模方法主要有三种:1、将仪表板总成所有零件(仪表板横梁、仪表板、风道、线束、抬头显示、气囊等)以集中质量点的形式,用RB2刚性单元连接到仪表板横梁上,这种方法导致各安装点之间不能有相对位移,刚性过大,设计风险加大,与现实不符。2、将仪表板总成所有零件以集中质量点的形式用RB3柔性单元连接到仪表板横梁上,这种方法在各安装点之间完全没有刚度,只是单纯将质量按照距离分配到各安装点上,导致支架晃动幅度大,设计过于保守。3、将仪表板总成所有的零件都划分出实际网格,连接到仪表板横梁上,这种方法准确,但是建模周期长,尤其在开发的初始阶段,很多零件同步开发,没有锁定设计,要求所有零件都建立准确的模型是不现实的。
可见,如果在设计前期,想用有限元的方法验证仪表板横梁的振动性能,建立适当的挂载零件模型及其连接方法是关键。
发明内容
本发明提供一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,目的是建立合理的仪表板有限元分析方法。
本发明采取的技术方案是,包括下列步骤:
(一)、建模
(1)划分仪表板横梁和仪表板网格:使用普通商业有限元分析软件CATIA,首先导入仪表板横梁及仪表板的几何模型,几何处理后,使用2mm尺寸,划分出均匀的网格;
(2)刚度大于10000N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,根据模型测出的质心位置和质量大小,用RB2连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括:转向柱控制器、气囊、配电盒、娱乐主机、抬头显示、车身控制单元模块,RB2是有限元分析通用的刚性连接单元,所连接的部件之间没有相对移动,所以可以用来模拟刚度大的零件;
(3)刚度小于100N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,据模型测出的质心位置和质量大小,用RB3连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括线束;RB3是有限元分析一种通用的无刚度分配单元,只用来按质心到连接点的长度比例来分配质量,所以可以用来模拟刚度小的零件;
(4)仪表板:仪表板的刚度介于以上两者之间,所以只能画出实际的网格,而不能用质点替代,仪表板用一个简易的仪表板蒙皮网格代替,其上的风道、DVD、仪表,用质心和RB2单元连接到仪表板上;
(二)、加载设置
在仪表板横梁与车身连接处,施加固定约束,并且在相同的位置,施加Z向加速度,大小为3g,模拟仪表板总成固定在车身上,汽车遇到颠簸时,仪表板总成竖直方向振动的工况;
(三)、提交计算
使用该通用有限元软件,直接点击计算按钮,计算;计算结束后查看结果,该软件会自动计算出应力最大的区域以及最大应力值,把应力值与材料的屈服强度做比较,小于屈服强度则产品合格。
本发明的优点是:采用大量的简化,大大节省了计算机的计算时间,同事也节省了建模的时间,节省时间大约在50%以上;本方法经过了多款汽车零部件的实际检验,结果准确,能有效的指导产品的实际生产。
附图说明
图1是本发明实施例中建模示意图;
图2是本发明实施例中加载设置示意图
图3是本发明实施例中实际试验示意图;
图4是本发明实施例中结果分析图。
具体实施方式
本发明采取的技术方案是,包括下列步骤:
1、建模
(1)划分仪表板横梁和仪表板网格:使用普通商业有限元分析软件CATIA,首先导入仪表板横梁及仪表板的几何模型,几何处理后,使用2mm尺寸,划分出均匀的网格;
(2)刚度大于10000N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,根据模型测出的质心位置和质量大小,用RB2连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括:转向柱控制器、气囊、配电盒、娱乐主机、抬头显示、车身控制单元模块,RB2是有限元分析通用的刚性连接单元,所连接的部件之间没有相对移动,所以可以用来模拟刚度大的零件;
(3)刚度小于100N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,据模型测出的质心位置和质量大小,用RB3连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括线束;RB3是有限元分析一种通用的无刚度分配单元,只用来按质心到连接点的长度比例来分配质量,所以可以用来模拟刚度小的零件;
(4)仪表板:仪表板的刚度介于以上两者之间,所以只能画出实际的网格,而不能用质点替代,仪表板用一个简易的仪表板蒙皮网格代替,其上的风道、DVD、仪表,用质心和RB2单元连接到仪表板上;
2、加载设置
在仪表板横梁与车身连接处,施加固定约束,并且在相同的位置,施加Z向加速度,大小为3g,模拟仪表板总成固定在车身上,汽车遇到颠簸时,仪表板总成竖直方向振动的工况;如图2,深色三角形是固定约束和3g加速度的施加点;
3、提交计算
使用该通用有限元软件,直接点击计算按钮,计算;计算结束后查看结果,该软件会自动计算出应力最大的区域以及最大应力值,把应力值与材料的屈服强度做比较,小于屈服强度则产品合格。
下边结合附图对建模进行详细说明:
(1)如图1中标记1所示,划分出仪表板横梁的网格,并赋予材料,厚度;
(2)如图1中标记2所示,对于刚度较大的零件,用质点代替,包括转向柱、方向盘、气囊,配电盒,娱乐主机,HUB,车身控制单元模块,风道等零件,建立集中质量点,并将其用RB2刚性连接到对应的仪表板横梁的安装点上,因为其与仪表板比较刚度较大,且它的结构对分析结果影响不大,所以尽量简化模型;
(3)、如图1中标记3所示,对于刚度较小的零件,用质心和质量大小代替,包括线束,建立集中质量点,并将其用RB3柔性连接到对应的仪表板横梁的安装点上;因为其与仪表板比较刚度较小,且它的结构对分析结果影响不大,所以尽量简化模型;
(4)、如图1中标记4所示,导入仪表板蒙皮的几何模型,几何处理后,使用2mm尺寸,划分出均匀的网格,并赋予材料和厚度,因为它的刚度与仪表板横梁比较接近,重量较大(通常大于10Kg),其结构对分析结果影响较大,所以要建立较为准确的模型,提取材料的蒙皮外表面,因蒙皮为三层搪塑材质,其厚度取三层之和,材料性能取三层材料的平均值,将仪表,中控大屏以集中质点(据模型测出的质心位置和质量大小)用RB2连接它与蒙皮表面连接点上。
下边通过实验来检验分析方法的准确性。
图3为一个实际实验结束后的仪表板横梁,可见试验结束后零件没有损坏。
图4为有限元分析结果云图,分析结果显示,仪表板横梁最高应力为59MPa,小于材料屈服强度90MPa,产品合格。
由此可见分析结果与实验结果相符。分析结果准确。
Claims (5)
1.一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,其特征在于,包括下列步骤:
(一)、建模
(1)划分仪表板横梁和仪表板网格:使用普通商业有限元分析软件,首先导入仪表板横梁及仪表板的几何模型,几何处理后,使用2mm尺寸,划分出均匀的网格,并赋予材料,厚度;
(2)刚度大于10000N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,根据模型测出的质心位置和质量大小,用RB2连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括:转向柱控制器、气囊、配电盒、娱乐主机、抬头显示、车身控制单元模块;
(3)刚度小于100N/mm的零件:先把它们简化成集中质点,根据模型测出的质心位置和质量大小,用RB3连接到对应的仪表板横梁安装点上,包括线束;
(4)仪表板:仪表板的刚度介于以上两者之间,所以只能画出实际的网格,而不能用质点替代,仪表板用一个简易的仪表板蒙皮网格代替,其上的风道、DVD、仪表,用质心和RB2单元连接到仪表板上,导入仪表板蒙皮的几何模型,几何处理后,使用2mm尺寸,划分出均匀的网格,并赋予材料和厚度,提取材料的蒙皮外表面,因蒙皮为三层搪塑材质,其厚度取三层之和,材料性能取三层材料的平均值;
(二)、加载设置
在仪表板横梁与车身连接处,施加固定约束,并且在相同的位置,施加Z向加速度,模拟仪表板总成固定在车身上,汽车遇到颠簸时,仪表板总成竖直方向振动的工况;
(三)、提交计算
使用该通用有限元软件,直接点击计算按钮,计算;计算结束后查看结果,该软件会自动计算出应力最大的区域以及最大应力值,把应力值与材料的屈服强度做比较,小于屈服强度则产品合格。
2.根据权利要求1所述的一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,其特征在于,步骤(一)中所述普通商业有限元分析软件采用CATIA。
3.根据权利要求1所述的一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,其特征在于,步骤(一)中所述RB2是有限元分析通用的刚性连接单元,所连接的部件之间没有相对移动,用来模拟刚度大的零件。
4.根据权利要求1所述的一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,其特征在于,步骤(一)中所述RB3是有限元分析一种通用的无刚度分配单元,只用来按质心到连接点的长度比例来分配质量,用来模拟刚度小的零件。
5.根据权利要求1所述的一种仪表板横梁振动试验有限元模拟方法,其特征在于,步骤(一)中所述施加Z向加速度的大小为3g。
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