電子汽車衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
隨著電子汽車衡市場(chǎng)化，企業(yè)間的竟?fàn)幹饕獮?/span>電子汽車衡產(chǎn)品性能和制造成本，這就決定設(shè)計(jì)人員要具有豐富的專業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩目的。CAE技術(shù)是zui近幾十年才開始在我國(guó)推廣，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新、縮短開發(fā)周期、降低成本等方面發(fā)揮了巨大作用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。CAE 技術(shù)采用虛擬分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)(場(chǎng))的性能進(jìn)行模擬（仿真），預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)（場(chǎng)）的性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)（場(chǎng)）的設(shè)計(jì)，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，為電子汽車衡產(chǎn)品研發(fā)提供指南，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供依據(jù)。
1、本項(xiàng)目是以SCS－3×5/34.5t 電子汽車衡結(jié)構(gòu)件為研究對(duì)象，首先用傳統(tǒng)算法對(duì)其強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析，其次再利用有限元技術(shù)對(duì)其強(qiáng)度、剛度進(jìn)行分析并提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。由于電子汽車衡結(jié)構(gòu)件較為復(fù)雜，有限元分析軟件 Hyperworks 對(duì)分析產(chǎn)品數(shù)字模型的建立較為困難，我們可以通過(guò)專業(yè)模型構(gòu)建軟件，如UG、Pro-e、CATIA 等完成此項(xiàng)工作，輸出igs、step、x_t 文件等轉(zhuǎn)換文件，在調(diào)入有限元分析軟件Hyperworks，對(duì)不關(guān)心部位進(jìn)行處理及簡(jiǎn)化后求解。
2、傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或借鑒他人經(jīng)驗(yàn)，其可靠性較低，便對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，生產(chǎn)物理樣機(jī)。然后對(duì)樣機(jī)進(jìn)行針對(duì)性的試驗(yàn)測(cè)試，若樣機(jī)不能體現(xiàn)期望性能特征，設(shè)計(jì)人員則應(yīng)尋求設(shè)計(jì)改進(jìn)以彌補(bǔ)這一差異，重復(fù)進(jìn)行“設(shè)計(jì)—建立—測(cè)試”這一循環(huán)過(guò)程，直到產(chǎn)品的zui終設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求為止。這種方法的時(shí)間和成本都較難掌控，它們大部份都用在反復(fù)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)測(cè)試中，但zui終的結(jié)果不一定是*的方案。而 CAE 技術(shù)，它替代了試驗(yàn)測(cè)試這一環(huán)節(jié)，根據(jù)測(cè)試要求進(jìn)行模擬，從分析結(jié)果中找出不合理的地方反饋給設(shè)計(jì)人員，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)修改，使產(chǎn)品達(dá)到*的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。它能夠以zui短的時(shí)間和zui低的成本在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)與測(cè)試。
3、將某個(gè)工程結(jié)構(gòu)離散為由各種單元組成的計(jì)算模型，這一步稱作單元?jiǎng)澐帧ｋx散后單元與單元之間利用單元的節(jié)點(diǎn)相互連接起來(lái)；單元節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問(wèn)題的性質(zhì)，描述變形形態(tài)的需要和計(jì)算進(jìn)度而定（一般情況單元?jiǎng)澐衷郊?xì)則描述變形情況越，即越接近實(shí)際變形，但計(jì)算量越大）。所以有限元中分析的結(jié)構(gòu)已不是原有的物體或結(jié)構(gòu)物，而是同新材料的由眾多單元以一定方式連接成的離散物體。這樣，用有限元分析計(jì)算所獲得的結(jié)果只是近似的。如果劃分單元數(shù)目非常多而又合理，則所獲得的結(jié)果就與實(shí)際情況相符合。
4、選擇位移模式，在有限單元法中，選擇節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量時(shí)稱為位移法；選擇節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量時(shí)稱為力法；取一部分節(jié)點(diǎn)力和一部分節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量時(shí)稱為混合法。位移法易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算自動(dòng)化，所以，在有限單元法中位移法應(yīng)用范圍zui廣。
5、當(dāng)采用位移法時(shí)，物體或結(jié)構(gòu)物離散化之后，就可把單元總的一些物理量，如位移、應(yīng)變和應(yīng)力等由節(jié)點(diǎn)位移來(lái)表示。這時(shí)可以對(duì)單元中位移的分布采用一些能逼近原函數(shù)的近似函數(shù)予以描述。通常，有限元法我們就將位移表示為坐標(biāo)變量的簡(jiǎn)單函數(shù)。
6、分析單元的力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、位置及其含義等，找出單元節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系式，這是單元分析中的關(guān)鍵一步。此時(shí)需要應(yīng)用彈性力學(xué)中的幾何方程和物理方程來(lái)建立力和位移的方程式，從而導(dǎo)出單元?jiǎng)偠染仃嚕@是有限元法的基本步驟之一。
7、材料選擇，在汽車衡行業(yè)，所用的材料主要是Q235U型鋼材，其優(yōu)良的焊接性、耐腐蝕性、韌性等優(yōu)點(diǎn)被用于工程結(jié)構(gòu)。在實(shí)際使用中稱臺(tái)四個(gè)角分別安裝有一個(gè)橋式數(shù)字傳感器，每個(gè)傳感器由四個(gè)螺栓連接到傳感器支承鐵上，并由限位器進(jìn)行水平方向的限位（即縱向?yàn)閄，橫向?yàn)閅）。
8、利用大型有限元分析軟件HyperWorks對(duì)模型進(jìn)行前處理、求解、后處理。由于它具有強(qiáng)大的有限元網(wǎng)格劃分、模型連接前處理功能和后處理功能，對(duì)于模型結(jié)構(gòu)小改動(dòng)，并不需要重新對(duì)模型進(jìn)行處理，如上分析中增加橫向連接板、底板時(shí)，只要增加所需零件，并運(yùn)用焊接單元cweld 進(jìn)行連接。這大大提高了我們的工作效率，并能快速地對(duì)模型進(jìn)行局部修改和驗(yàn)證。
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