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轿车拖钩的有限元建模和强度分析

发布于:2016-04-01 21:22
强度分析

      拖钩是一种为方便车体进入危险环境损坏后,借助外力走出困境的安全保护装置。所以,拖钩及其安装板都应该具备足够的强度,所以需要对拖钩进行详细的强度分析,以使车体尽快脱离险境。通常,根据安装方式的不同,可以将拖钩分为拧紧式结构和焊接式结构2种。
      有限元分析法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。它实际上是一种离散化方法,将弹性连续体划分为有限小单元,它们在有限节点上互相连接。在一定精度要求下,对每个单元用有限个参数来描述它的力学特性,而整个连续体的力学特性可以认为是这些小单元力学特性的总合,从而建立连续体力的平衡关系。以某轿车拖钩为例,本研究对拖钩有限元模型的建立作详细说明。
      拖钩安装在副车架上,根据从UG中得到的三维数模,划分网格,建立有限元模型。有限元模型的建立需要注意以下几点:C1副车架为扳金件,采用PSHELL壳单元划分网格,拖钩采用实体单元HEX8来模拟,单元的尺寸控制在3-5mm左右,其中,副车架与拖钩焊接的位置网格需要细划,单元尺寸控制在2-3mm左右。网格单元由疏到密的区域,过渡要尽量自然,单元尺寸变化不能太大,对于拖钩和副车架焊接的区域,网格节点要尽量对齐。采用rigid刚性单元模拟副车架与拖钩之间的二氧化碳保护焊接,副车架扳金件之间的点焊采用焊接单元模拟弹塑性分析中的主要问题。
      由于本研究需要使用ABAQUS非线性算法计算零部件的结构强度,属于金属材料的弹塑性分析,ABAQUS默认的塑性材料应用金属材料的经典塑性理论,采用Mises屈服面来定义各向同性屈服。金属材料的弹塑性变形行为可以简述如下:在小应变时,材料性质基本为线弹性,弹性模量E为常数,应力超过屈服应力后,刚度会显著下降,此时材料的应变包括塑性应变和弹性应变2部分,在卸载后,弹性应变消失,而塑性应变是不可恢复的,如果再次加载,材料的屈服应力会提高,即所谓的加工硬化。材料的弹塑性行为,如图所示。
      在ABAQUS中定义塑性材料参数的方法是:按照公式,将单向拉伸或压缩试验得到的名义应力和名义应变数据转换为真实应力和塑性应变,然后在ABAQUS/CAE或INP文件中给出一系列由真实应力和塑性应变所构成的数模点,ABAQUS将自动在各数据点之间进行线性插值。在弹塑性材料上施加载荷时需要注意,如果此载荷会造成很大的局部应变(使用点载荷时尤其容易出现此类问题),就可能造成收敛问题。因此,需要注意,在设置关键词关PLASTIC的塑性数据时,应该让其中最大的真实应力和塑性应变大于模型中可能出现的应力应变值。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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