【文章內(nèi)容簡介】 入數(shù)據(jù)庫；載荷和求解結(jié)果通過求解器寫入數(shù)據(jù) 庫；后處理結(jié)果通過后處理器寫入數(shù)據(jù)庫，如果需要，可為其他處理器所用。 ANSYS 的主要技術(shù)特點 ANSYS 作為一個功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其技術(shù)特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1） 數(shù)據(jù)統(tǒng)一。 ANSYS 使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實現(xiàn)前后處理、分析求解及多場分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一； 2） 強(qiáng)大的求解功能。 ANSYS 提供了數(shù)種求解器，用戶可以根據(jù)分析要求選擇合適的求解器； 3） 強(qiáng)大的非線性分析功能。 ANSYS 具有強(qiáng)大的非線性分析功能，可進(jìn)行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析； 4） 智能網(wǎng)格劃分。 ANSYS 具有智能網(wǎng)格劃分功能，能根據(jù)模型的特點自動生成有限元網(wǎng)格； 5） 良好的優(yōu)化功能。利用 ANSYS 優(yōu)化設(shè)計功能，用戶可以確定最優(yōu)化設(shè)計方案；用 ANSYS 的拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對材料的最佳利用； 6） 可實現(xiàn)多場耦合功能。 ANSYS 可以實現(xiàn)多物理場耦合分析，研究各物理場湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 7 間的互相影響； 7） 提供與其它多種程序接口。 ANSYS 提供了與多數(shù) CAD 軟件及有限元軟件的接口程序，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，如 Pro/E、 UG、 CATIA、 NASTRAN、 AutoCAD、IDEAS 等； 8） 良好的用戶開發(fā)環(huán)境。 ANSYS 開放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用 APDL 語言進(jìn)行二次開發(fā)。 ANSYS Workbench 簡介 ANSYS Workbench 是 ANSYS 公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中 CAE 軟件的異構(gòu)問題。面對制造業(yè)信息化大潮、仿真軟件的百家爭鳴雙刃劍、企業(yè)智力資產(chǎn)的保留等各種工業(yè)需求， ANSYS 公司提出的觀點是：保持核心技術(shù)多樣化的同時，建立協(xié)同仿真環(huán)境。 ANSYS 仿真協(xié)同 仿真 環(huán)境的目標(biāo)是，通過對產(chǎn)品研發(fā)流程中仿真環(huán)境的開發(fā)與實施，搭建一個具有自主知識產(chǎn) 權(quán)的、集成多學(xué)科異構(gòu) CAE 技術(shù)的仿真系統(tǒng)。以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 為核心，組建一個基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品研制虛擬仿真團(tuán)隊，基于產(chǎn)品數(shù)字虛擬樣機(jī)，實現(xiàn)產(chǎn)品研制的并行仿真和異地仿真。所有與仿真工作相關(guān)的人、技術(shù)、數(shù)據(jù)在這個統(tǒng)一環(huán)境中協(xié)同工作，各類數(shù)據(jù)之間的交流、通訊和共享皆可在這個環(huán)境中完成。開發(fā)這個協(xié)同仿真環(huán)境的平臺便是ANSYS Workbench[12]。 基于 Workbench 的仿真環(huán)境有三點與傳統(tǒng)仿真環(huán)境有所不同： 1） 客戶化： Workbench 像 PDM 那樣，利用與仿真相關(guān)的 API，根據(jù)用戶的產(chǎn)品研發(fā)流程特點開發(fā) 實施形成仿真環(huán)境，而且用戶自主開發(fā)的 API 與 ANSYS 已有的 API 平等。這一特點也稱為 “實施性 ”； 2） 集成性： Workbench 把求解器看作一個組件，不論由哪個 CAE 公司提供的求解器都是平等的，在 Workbench 中經(jīng)過簡單開發(fā)都可直接調(diào)用； 3） 參數(shù)化： Workbench 與 CAD 系統(tǒng)的關(guān)系不同尋常。它不僅直接使用異構(gòu)CAD 系統(tǒng)的模型，而且建立 了 與 CAD 系統(tǒng)靈活的雙向參數(shù)互動關(guān)系。 當(dāng)我們結(jié)合世界制造業(yè)信息化主旋律，在數(shù)字化工程背景下審視這三個特點時，會發(fā)現(xiàn) Workbench 將給產(chǎn)品研發(fā)流程帶來革命 性的變化。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 8 CAD/CAE 在汽車設(shè)計中的應(yīng)用 計算機(jī)輔助設(shè)計（ CAD）技術(shù)自 50年代初麻省理工學(xué)院 APT程序以來，即以 其 當(dāng)代 “ 十大技術(shù)革命之一 ” 的旺盛生命力， 蓬勃地發(fā)展起來。最初 CAD技術(shù)并不是現(xiàn)今的 Computer Aid Design所指的計算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計，而是Computer Drawing所指的二維繪畫技術(shù)。在工業(yè)技術(shù)革命的深入開展過程中， CAD先后出現(xiàn)了三維曲面造型和實體造型兩次重大技術(shù)變革，在 80年代又出現(xiàn)了基于特征的參數(shù)化實體造型技術(shù)，它的特點為 ： 基于 特征 、 全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。參數(shù)化技術(shù)的成功應(yīng)用，大大推進(jìn)了計算機(jī)輔助集成制造系統(tǒng)的進(jìn)程，也為其本身的發(fā)展注入了強(qiáng)大的生命力，使其成為 CAD發(fā)展進(jìn)程中第三次技術(shù)革命的核心。其中最具代表性的有 CATIA， Pro/E等大型軟件。 CAD實體造型技術(shù)的發(fā)展又加速了計算機(jī)輔助工程 CAE的發(fā)展。 CAE是以有限元數(shù)值計算為核心，將 CAD實體模型運用于工程分析的技術(shù)。它經(jīng)歷了探索發(fā)展、獨立發(fā)展、專家應(yīng)用三個階段，到 90年代，已發(fā)展為與 CAD特征建模相結(jié)合，集成為一體的面向設(shè)計者的技術(shù)。解決的技術(shù)問題也 從彈性力學(xué)問題拓展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題。分析對象從彈性材料拓展到塑性、粘塑性和復(fù)合材料；應(yīng)用領(lǐng)域則從固體力學(xué)拓展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等領(lǐng)域。 計算機(jī)軟、硬件技術(shù)以超乎想象的速度發(fā)展著，隨之帶來了工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的驚人變革。汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域也不例外，現(xiàn)代設(shè)計方法的引進(jìn)打破了汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計長期停滯不前的狀態(tài)，為這一古老的機(jī)械行業(yè)增添了無限生機(jī)。 課題研究內(nèi)容 本課題主要從以下幾個方面進(jìn)行研究工作： 1） 利用 UG 建立驅(qū)動橋殼的幾何模型，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃喕?，為建立?qū)動橋殼的有限元模型奠定基礎(chǔ)。 2） 將 UG 模型導(dǎo)入 ANSYS Workbench 中，并且針對其中出現(xiàn)的幾何模型數(shù)據(jù)湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 9 丟失問題進(jìn)行局部修復(fù)，比如刪除重合面，填補(bǔ)缺失體等。因為考慮到這是兩個不同軟件之間的交換，所以模型的修復(fù)是一個細(xì)致反復(fù)的過程。 3） 對驅(qū)動橋殼 四種典型工況 ，即沖擊載荷工況、最大驅(qū)動力工況、最大制動力工況以及最大側(cè)向力工況 進(jìn)行靜態(tài)分析 ，通過 mises 應(yīng)力 圖和變形圖檢驗驅(qū)動橋殼是否滿足強(qiáng)度和剛度要求，并且 分析 影響應(yīng)力分布的因素。 4）對驅(qū)動橋殼進(jìn)行理論模態(tài)分析，包括自由模態(tài)和約束模態(tài) 。 考察各階模態(tài)對應(yīng)的頻率 和振型特點 ， 并運用分析所得 的結(jié)果為工程實際提供有價值的理論參考 ，比如路面的激勵是否會引起橋殼的共振等 。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 10 2 驅(qū)動橋殼的 CAD 建模 驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)特點 本課題研究的對象是一款輕型汽車的驅(qū)動橋殼，采用的是鋼板沖壓焊接的方式成形。鋼板沖壓焊接式橋殼屬于整體式橋殼的一種，具有質(zhì)量小、制造工藝簡單、材料利用效率高、抗沖擊性能好以及成本低等優(yōu)點，并適用于大量生產(chǎn)。目前，它在輕型貨車和轎車上得到廣泛采用。 這里所涉及到的鋼板沖壓焊接驅(qū)動橋殼，結(jié)構(gòu)上是一根空心梁。它主要由沖壓成形的上下兩件橋 殼主件和四塊三角鑲塊、前后兩個加強(qiáng)環(huán)、一個后蓋以及兩端兩個半軸套管焊接而成，以及包括鋼板彈簧座、墊圈，銷等附件。并且為了防止橋殼內(nèi)潤滑油外溢，在橋殼軸管處焊接 了 擋油環(huán)或加裝油封 。因此 ，驅(qū)動橋殼的整體建模是一個比較復(fù)雜的過程，建模初期就應(yīng)該適當(dāng)考慮合理的模型簡化。 UG 軟件 介紹及 參數(shù)化 建模思想 UG 軟件介紹 UG 軟件是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和緊密集成的、面向制造業(yè)的 CAX（即 CAD、 CAE、CAM 等的總稱）高端軟件。 CAD（ Computer Aided Design，計算機(jī)輔助設(shè)計）一般是指工程技術(shù)人員以計算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品的設(shè)計、工程分析、繪圖等工作，并達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的目的。 CAE（ Computer Aided Engineering，計算機(jī)輔助工程分析）也是以計算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析、運動仿真等工作，進(jìn)而對產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行初步的評定和檢查。CAM（ 計算機(jī)輔助制造， Computer Aided Manufacturing）是在計算機(jī)輔助下完成從準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、 NC 自動編程、生產(chǎn)作業(yè) 計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等 [13]。 除上述之外， UG 也很容易實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新與開發(fā)。 UG 的產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)技術(shù)和湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 11 手段，主要包括：全集成、全相關(guān)、前瞻性、數(shù)字樣機(jī)、快速反映機(jī)制和知識工程（ KBE）這 6 個方面。其中全集成包括數(shù)據(jù)與系統(tǒng)集成、功能集成、過程集成、信息集成、企業(yè)集成；全相關(guān)是指不僅能在產(chǎn)品內(nèi)部保持尺寸大小的相關(guān)性，而且還具有結(jié)構(gòu)形狀的相關(guān)，即幾何相關(guān)，更要具有過程相關(guān)；快速反應(yīng)機(jī)制的具體方面有兩個：逆向工程（ RP）技術(shù)與快速成型（ RP）技術(shù)，前者是對產(chǎn)品進(jìn)行空間三維測量以獲得海量數(shù)據(jù)并建立測量對象的數(shù)字 模型；后者是利用數(shù)字模型快速建立對象的物理實體，用于評估、分析和作為模芯等。實現(xiàn)這些功能也是靠 UG 的各個模塊獨立并協(xié)同操作來完成。 UG 參數(shù)化建模思想和一般模塊介紹 汽車產(chǎn)品在今天也逐步走向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。 UG 的參數(shù)化設(shè)計平臺不僅僅是表現(xiàn)在各零部件相互影響的基礎(chǔ)上，它在零件設(shè)計本身也有很多優(yōu)點，它可以和電子表格建立連接接口，建立一個部件族，可以很方便 地 生成和修改所需要的部件 [14]。下面舉一個標(biāo)準(zhǔn)件螺栓的例子來說明。 參數(shù)化建模的一般思路準(zhǔn)備圖： 圖 參數(shù)化建模思路圖 本例參數(shù)化建模的過程： 1） 根據(jù)圖紙和自由變化參數(shù)確定建模方法 。 零件的形體分析 確定設(shè)計變量 和建模策略 對零件的各種參數(shù)進(jìn)行提取 結(jié)合零件按形狀確定哪些參數(shù)是自由的 ，哪些是固定值。 再次結(jié)合 UG 軟件參數(shù)化建模的特點來確定合適的建模方法 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 12 2） 創(chuàng)建參數(shù)化模型 。 圖 參數(shù)化模型圖 3） 設(shè)置參數(shù)之間的關(guān)系 。 圖 參數(shù)化中的表達(dá)式圖 4） 提取自由變化的參數(shù) 。 圖 2. 4 可提取并修改的參數(shù)圖 5） 創(chuàng)建零件庫，輸入零件系列數(shù)據(jù)創(chuàng)建零件模型 。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 13 圖 增加庫零件參數(shù)圖 圖 完成零件庫圖 6） 通過查看生成的各個零件的參數(shù)表達(dá)式是完全符合第 5 步電子表格中所給的數(shù)據(jù)，這說明此部件族已經(jīng)成 功創(chuàng)建，并且這些零件都是可以調(diào)用。參數(shù)化設(shè)計的最大優(yōu)點就是能夠簡化重復(fù)建模的許多步驟。通過與電子表格的連接，也使得整個過程更加有序 [13]。 此次畢業(yè)設(shè)計主要是采用 UG 軟件進(jìn)行三維建模，因此有必要將在建模過程中經(jīng)常使用到的幾個模塊進(jìn)行介紹： 1） UG/入口模塊，它是連接所有 UG 模塊的基礎(chǔ)。 2） UG/實體建模模塊，它將基于約束的特征建模和顯式幾何模型方法無縫的結(jié)合起來，提供了當(dāng)今 CAD/CAM 軟件界最強(qiáng)有力的 “ 復(fù)合建模 ” 工具，使用戶可以充分利用集成于先進(jìn)的、基于特征環(huán)境中的傳統(tǒng)的實體、面、線框造型的優(yōu)勢。 3） UG/特征建模模塊，它提供了支持建立和編輯下列各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計特征：孔、槽、型腔、柱體、塊體、錐體、球體、管狀體、桿、倒圓和倒角等。 4） UG/自由曲面建模模塊，它可將實體建模和表面建模的技術(shù)合并，建成一個功能強(qiáng)大的建模工具組。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 14 5） UG/工程制圖模塊，它利用 UG 的復(fù)合建模技術(shù)，該模塊可生成尺寸與實體模型相關(guān)的工程圖，并保證隨著實體模型的改變而同步更新工程圖尺寸，包括消隱線和相關(guān)橫截面視圖在內(nèi)的二維視圖在模型修改時也會自動更新。 6） UG/裝配建模模塊 ， 它提供了并行的、自上而下的產(chǎn)品開發(fā)方法。 UG/Assembly Modeling 的主模型在整個裝配過程中可以進(jìn)行設(shè)計和編輯。 驅(qū)動橋殼的建模及簡化處理 驅(qū)動橋殼三維的建模 驅(qū)動橋殼的三維設(shè)計流程圖： 圖 驅(qū)動橋殼的建模思路圖 在初步建模階段，為了全面真實地反映驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)，將對其各部分進(jìn)行細(xì)致建模。驅(qū)動橋殼是一個裝配組件，涉及到多個小部件。而每一部分的幾何構(gòu)成元素又是各不相同的，所以造成其涉及到的幾何建模方法也比較復(fù)雜。 如中間環(huán)形空心梁處比較薄，并且是一系列的曲 面過渡。首先建立用于構(gòu)造曲面的邊界曲線，使用 UG 提供的曲面構(gòu)造方法構(gòu)造曲面。一般來講，對于簡單的曲面，可以一次完成建模。而此處橋殼的曲面形狀比較復(fù)雜，難以一次完成。我們先采用曲線構(gòu)造方法創(chuàng)建上半部分的四分之一曲面，然后通過曲面的過渡 連接 、光順處理、曲面的編輯等步驟完成整體造型。 通過工程圖獲 橋殼的設(shè)計變量 確定橋殼各組成部分建模所涉及到的主要幾何元素 結(jié)合軟件特點找到 合適的建模思路 建模中注意參數(shù)化思路， 選擇