通用有限元分析步骤
作为零部件厂商,积极并有效地使用CAX工具,对降低试验经费、减少开发及制造成本有着重要意义。
汽车座椅塑料件有限元分析
本研究选用HYPER WORKS作为前后处理工具,ABAQUS求解器对汽车座椅塑料件进行有限元分析。
HYPERMESH支持很多不同的求解器输入输出格式,这样在利用HYPERMESH划分好模型的有限元网格后,可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式。
作为通用的模拟工具,ABAQUS除了能解决大量结构(应力/位移)问题,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析及压电介质分析。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件,可以分析复杂的固体力学结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析,同时还可以做系统级的分析和研究。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS在各国的工业和研究中被广泛的采用。ABAQUS有两个主求解器模块:ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。
本文以某汽车座椅的塑料档板件为例,结合HYPER WORKS软件、ABAQUS/Standard求解器对其进行相关性能的有限元分析,并与物理实验进行对比,进一步阐述本研究的准确性和可行性。此塑料件实验要求:零件在承受200N载荷下不破坏,位移不能超过20mm。本研究沿用通用有限元分析,具体步骤如图所示。
在HYPERMESH前处理环节中,先将CAD数模以IGS或STEP文件格式导入HYPERMESH软件中开始建模。在建模环节中,对CAD的几何体进行适当的清理,随后按照几何体的形状,用壳体和固体单元形式把数模表述出来,然后对每一个零件赋予材料和厚度。
通过HYPERMESH中的CONSTRAINS菜单对模型进行边界条件的约束,通过LOAD STEPS菜单对模型进行载荷的加载,主要包括每一加载步骤的输出参数,如监视点的位移、所有单元的应力及应变等,最后一步,导出适用于求解器求解格式的文件。
在ABAQUS求解器求解环节中,将把HYPERMESH中导出的以.K或.INP结尾的运算文件,放在运算文件夹中,然后打开ABAQUS求解器前台求解界面(DOS窗口),输入命令:ABAQUS JOB=文件名.K,然后回车就可以进行计算了。
经过ABAQUS求解器求解,将生成的.fil文件转化成.res文件,在HYPERVIEW中读取。发现在200N载荷下,最大应力为31.13MPa。
塑料件的最大应变值为15.63%,已经超过了极限应变15.4%。根据经验,可以推断这个塑料件的局部区域已经破坏,没有达到预期的设计要求。
物理试验表明在施加200N的载荷下,塑料件已经破坏,且破坏区域与有限元分析结果非常吻合。
另外几个相关的物理实验,是分别对塑料件的同一个区域施加50N和100N的载荷并测量施力点的位移量,然后用有限元进行模拟,结果发现两者的结果非常的接近。
结束语
通过ABAQUS软件对汽车座椅塑料件进行有限元分析,可以模拟接近真实的环境,并得到接近物理实验的结果,对零件的设计和改进有着非常重要的参考价值和指导意义,为物理实验的成功提供了有力的保障。为此,通过以往的经验可以总结出一些对ABAQUS求解结果影响比较大的因素,主要包括塑料件的材料属性、模型的边界条件(约束)、加力点的位置及加力区域、模拟结构的合理性等。进行环境模拟时,应充分考虑以上因素,从而使有限元分析得到的结果更加真实、准确。
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