【正文】 維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。這些功能可用來(lái)確定音響話(huà)筒的頻率響應(yīng)，研究音樂(lè)大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。這種分析類(lèi)型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。 ANSYS 的典型分析步驟 建立有限元模型 指定工作文件名和工作標(biāo)題該項(xiàng)工作并不是必須要求做的，但是做對(duì)多個(gè)工程問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)推薦使用工作文件名和工作標(biāo)題。如果用戶(hù)在分析開(kāi)始沒(méi)有定義工作文件名，則所有的文件名都被默認(rèn)地設(shè)置為 file。隨著版本的不斷升級(jí)，有些老的單元被停用和新的單元被添加。用下列命令或菜單方式定義單元實(shí)常數(shù)：Command:RGUI:Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delte 定義材料屬性在所有的分析中都要輸入材料屬性，材料屬性根據(jù)分析問(wèn)題的物理環(huán)境不同而不同。用下列命令或菜單方式定義材料屬性：Command:MP、TBGUI:Main MenuPreprocessorMaterial PropsANSYS 定義了上百種材料模型，用戶(hù)只需要按照模型格式輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即可定義常用材料和某些特定材料的材料屬性。 創(chuàng)建幾何模型ANSYS 提供了下列生成模型的方法：用 ANAYS 直接創(chuàng)建實(shí)體模型和輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)創(chuàng)建的模型，本文采用第二種方法，在 Pro/E 中創(chuàng)建模型。采用實(shí)體建模有自底向上建模和自頂向下建模兩種方法。在實(shí)體建模的過(guò)程中，這兩種建模技術(shù)可以自由組合。 加載求解在有限元模型建立之后，可以運(yùn)用 SOLUTION 處理器定義分析類(lèi)型和分析選項(xiàng)，施加載荷，指定載荷步長(zhǎng)，進(jìn)行求解。 加載ANSYS 的載荷可分為六大類(lèi)：位移約束、力、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷、耦合場(chǎng)載荷。 指定載荷步選項(xiàng)載荷步選項(xiàng)的功能是對(duì)載荷步進(jìn)行修改和控制，包括對(duì)子步數(shù)、步長(zhǎng)和輸出控制等。 查看求解結(jié)果程序計(jì)算完成之后，可以通過(guò)通用后處理 POST1 和時(shí)間歷程后處理 POST26 查看求解結(jié)果。 本章小結(jié)對(duì)有限元分析軟件 ANSYS 的發(fā)展過(guò)程、特點(diǎn)及功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，并對(duì)ANSYS 的典型分析步驟做了介紹，為以后應(yīng)用該軟件做好了準(zhǔn)備。該車(chē)架的尺寸在河南名優(yōu)汽配廣場(chǎng)測(cè)得。整個(gè)車(chē)架前后等寬，車(chē)架長(zhǎng) 8241mm，寬 870mm?？v梁和橫梁之間為鉚釘連接。該車(chē)架的實(shí)物圖如圖 。Pro/E 能夠完成特征建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)、零件實(shí)體造型及裝配造型、完整工程圖產(chǎn)生等工作。使用 Pro/E 配置的開(kāi)發(fā)模塊或利用 C 語(yǔ)言，用戶(hù)也可以擴(kuò)展與增強(qiáng) Pro/E 的功能。模型創(chuàng)建過(guò)程就是按照一定順序以“搭積木”的方式添加各類(lèi)特征的過(guò)程，通過(guò)構(gòu)建不同的特征建立幾何模型。(3) 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)Pro/E 支持大型、復(fù)雜組合件的構(gòu)造和管理，可以利用一些直觀(guān)的命令，如 “嚙合” 、 “插入” 、 “對(duì)齊”等，將基本零件裝配起來(lái)，形成組合件。 模型的簡(jiǎn)化車(chē)架是一個(gè)大型復(fù)雜的裝配體，如果不做一些優(yōu)化就進(jìn)行整體分析，不但實(shí)體建模費(fèi)時(shí)，而且在 ANSYS 的環(huán)境下劃分網(wǎng)格就更困難，求解也要耗費(fèi)更多的時(shí)間，這樣得到的結(jié)果顯然不經(jīng)濟(jì)，甚至就求解不了，因?yàn)槲唇?jīng)簡(jiǎn)化的模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，越是復(fù)雜就越容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。做本課題時(shí)簡(jiǎn)化的構(gòu)件有：(1) 忽略所有的倒角。如圖 。這些孔有些是裝配孔，有些是防止應(yīng)力集中的孔等。這些小部件在 ANSYS 中分網(wǎng)極其困難，并且需要很多單元來(lái)模擬，如果不是專(zhuān)門(mén)進(jìn)行這些連接處分析，則不值得建這些零部件。比如備胎和油箱的支架、橫梁上傳動(dòng)軸的支架等車(chē)架附屬件，如果對(duì)懸架使用彈簧和剛性桿單元模擬或者是通過(guò)指定位移模擬，則可忽略減震器的建模(5) 簡(jiǎn)化一些零件的建模。 建模過(guò)程根據(jù)實(shí)地測(cè)量的華凱牌 CA5160CLXYK28L5BE3A 型倉(cāng)柵運(yùn)輸車(chē)車(chē)架的各個(gè)零件的尺寸，創(chuàng)建各個(gè)零件。表 CA5160 整車(chē)的一些重要參數(shù)名稱(chēng) 數(shù)值車(chē)輛外形長(zhǎng) (mm) 8980車(chē)輛外形寬 (mm) 2490車(chē)輛外形高 (mm) 3740貨廂長(zhǎng) (mm) 6700貨廂寬 (mm) 2300貨廂高 (mm) 600整備質(zhì)量 （Kg） 6310總質(zhì)量 （Kg） 15505額定載質(zhì)量 (kg)： 9000軸荷： 5610(前) 9895（后）發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kw) ： 105 發(fā)動(dòng)機(jī)排量： 4752 發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kw) ： 105 軸數(shù)： 2根據(jù) 節(jié)的簡(jiǎn)化處理思路，共創(chuàng)建 36 個(gè)零件，各零件的名稱(chēng)列于表 。圖 車(chē)架的整體視圖圖 車(chē)架的三維實(shí)體模型因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁和外縱梁的建模過(guò)程有一些非常簡(jiǎn)單的過(guò)程，所以這里簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。前鋼板彈簧滑板端支架 2前鋼板彈簧固定端支架 2后鋼板彈簧滑板端支架 2后鋼板彈簧固定端支架 2后副鋼板彈簧支架 4車(chē)廂緊固角鋼 4圖 發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的草繪軌跡? 然后畫(huà)出截面形狀，最后得到發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的實(shí)體模型，如圖 。(2) 左外縱梁的建模過(guò)程? 使用拉伸命令創(chuàng)建如圖 所示的實(shí)體圖 使用拉伸命令創(chuàng)建的左外縱梁? 然后使用抽殼命令一步生成左外縱梁，注意抽殼時(shí)在參照里把三個(gè)不要的面全部選中，這樣才能抽成圖 的樣子。這雖然是一個(gè)常識(shí)問(wèn)題，但還是很多人沒(méi)有注意到。(3) 要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示的文件。有時(shí)我們發(fā)現(xiàn)修改一個(gè)零件后并沒(méi)有保存，但是打開(kāi)這個(gè)零件后發(fā)現(xiàn)是修改后的樣子，原來(lái) Pro/E 使用的是暫存在內(nèi)存中最后修改的文件，這樣非常容易造成當(dāng)我們?cè)俅未蜷_(kāi)電腦時(shí)發(fā)現(xiàn)有些零件還是修改前的樣子，所以一定要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示的文件，一方面為了 Pro/E 的速度，另一方面為了減少出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。(5) 繪圖時(shí)，要培養(yǎng)使用鼠標(biāo)右鍵的習(xí)慣，Pro/E 會(huì)自動(dòng)判斷何種環(huán)境下會(huì)有什么樣的菜單命令。(7) 在裝配零件時(shí)，如果最后一個(gè)約束出現(xiàn)約束無(wú)效的提示時(shí)，這時(shí)不必刪除約束重裝，也不需要考慮需要什么約束，只需要在約束框的下拉列表中選擇另一個(gè)就能完全約束了。當(dāng)前兩個(gè)約束關(guān)系確定后，最后這個(gè)關(guān)系不用選擇，直接選擇要約束的元素，這時(shí)如果出現(xiàn)圖 的情況，可按照?qǐng)D 的做法，然后就會(huì)出現(xiàn)圖 完全約束的提示。4 車(chē)架有限元模型的建立車(chē)架在 Pro/E 中裝配成實(shí)體模型后，必須導(dǎo)入到 ANSYS 中賦予屬性，劃分了單元才是有限元模型。 Pro/E 和 ANSYS 的連接Pro/E 和 ANSYS 之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可通過(guò)中間數(shù)據(jù)格式，比如*.igs，但是實(shí)踐證明，這種方法導(dǎo)入的模型損失比較多，修補(bǔ)起來(lái)相當(dāng)麻煩。這種方法導(dǎo)入的模型質(zhì)量比較高，但是如果 ANSYS 的版本比 Pro/E 版本發(fā)行的時(shí)間早，連接起來(lái)就比較麻煩。下面給出配置步驟。圖 選擇 Pro/E 圖 選擇 Pro/E 的安裝路徑安裝完成后，找到你安裝盤(pán):\Program Files\ANSYS Inc\v110\AISOL\CAD Integration\ProE\ProEPages\config，用記事本打開(kāi) 文件，對(duì)照下面的代碼，把缺少的斜體代碼加進(jìn)去。而在 ANSYS 中分析時(shí)，往往不注意單位。究其原因，ANSYS 中原來(lái)并沒(méi)有單位，只要把單位統(tǒng)一就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。再比如在 Pro/E 里面采用的長(zhǎng)度單位是米，那么彈性模量的單位就是 Pa ，如果在 ANSYS 中再把彈性模量的單位當(dāng)做 MPa ，結(jié)果肯定偏離的厲害，其它物理量也是類(lèi)似情況。這里簡(jiǎn)稱(chēng)這種方法為統(tǒng)一法。這里簡(jiǎn)稱(chēng)這種方法為標(biāo)準(zhǔn)法。所以本課題在將車(chē)架實(shí)體模型導(dǎo)入 ANSYS 分析前，先把裝配體中的單位轉(zhuǎn)化為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。圖 在 Pro/E 中新建單位制 圖 Pro/E 中改變模型單位對(duì)話(huà)框接著選中剛才建立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制 mnsk，點(diǎn)擊“設(shè)置” ，彈出如圖 的對(duì)話(huà)框?？梢?jiàn)，車(chē)架的寬度已從轉(zhuǎn)換前的 870 變成了當(dāng)前的 ，即裝配體中的 mmns 單位制已成功轉(zhuǎn)化為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制。運(yùn)行“/status,units”查看單位，如圖 所示：至此，將在 Pro/E 中所裝配的車(chē)架導(dǎo)入 ANSYS 分析時(shí)，出現(xiàn)的由于單位制導(dǎo)致的分析結(jié)果異常問(wèn)題已經(jīng)解決。 有限元模型的建立 導(dǎo)入模型后，先將 ANSYS 的工作環(huán)境設(shè)置在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位制下。根據(jù)車(chē)架實(shí)際受力情況和各單元的特性，我們選擇 SOLID92 單元作為車(chē)架裝配體所有零件分網(wǎng)時(shí)的單元賦予類(lèi)型，圖 為選擇的單元類(lèi)型。圖 為體Overlap 對(duì)話(huà)框，單擊 Pick all 即可。圖 為分網(wǎng)前的單元賦予工作，當(dāng)定義有不同單元或是不同實(shí)常數(shù)時(shí)必須操作這一步，這里可以省略。這里之所以要定義單元尺寸，是因?yàn)檐?chē)架模型比較復(fù)雜，使用其它分網(wǎng)方法比較困難，使用自由劃分時(shí)，如果再設(shè)置一下單元尺寸，將會(huì)很好地控制單元的數(shù)量。 Booleans 運(yùn)算對(duì)于 Pro/E 中裝配的實(shí)體模型，往往會(huì)認(rèn)為裝配體中的各個(gè)零件已經(jīng)全部約束，所以將裝配體模型導(dǎo)入 ANSYS 后，很多人不進(jìn)行 Booleans 運(yùn)算就劃分網(wǎng)格、求解等操作，這樣就會(huì)出現(xiàn)非常失真的結(jié)果，有些零件受力后根本就沒(méi)有發(fā)生變化，甚至由于求出的結(jié)果跟實(shí)際值差不太多而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自己的失誤等等情況。定義過(guò)屬性和劃分網(wǎng)格后，由于施加約束的位置不同將出現(xiàn)上面提到的兩種問(wèn)題，所以這里分兩種情況分別討論。(2) 在彈簧板支架上施加約束，約束這四處的所有自由度。為了比較清楚的查看并對(duì)比各個(gè)零件的變形情況，現(xiàn)分別將內(nèi)外縱梁、彈簧板支架的變形及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線(xiàn)圖分別列于圖 ~ 。這就是在 Pro/E 環(huán)境下裝配的實(shí)體模型導(dǎo)入 ANSYS 分析時(shí)，如果不進(jìn)行 Booleans 運(yùn)算所產(chǎn)生的問(wèn)題。圖 外縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線(xiàn)圖 內(nèi)縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線(xiàn)圖圖 內(nèi)外縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線(xiàn)圖 彈簧板固定端受載后的變形圖 在彈簧板支架上施加約束，約束這四處的所有自由度刪掉之前的約束，然后在彈簧板支架上施加約束，同樣在外縱梁上翼緣的中部施加一集中力載荷，求解后查看結(jié)果，發(fā)現(xiàn)內(nèi)縱梁和彈簧板固定端沒(méi)有什么變化，而外縱梁卻找不到了，如圖 。圖 在彈簧板支架上約束求解后的車(chē)架左側(cè)變形圖 Booleans 運(yùn)算命令的選擇在對(duì)裝配模型進(jìn)行 Booleans 運(yùn)算時(shí)，是使用 Add 、Glue 還是 Overlap 呢？下面對(duì)這些命令做一下簡(jiǎn)介。Glue 是粘接運(yùn)算，相同維數(shù)的幾何元素在邊界上存在位置重疊，即各圖元之間有公共部分，粘接運(yùn)算結(jié)果為重合邊界部分產(chǎn)生它們之間公共的新幾何元素連接參與運(yùn)算的幾何元素，但參加運(yùn)算的幾何元素之間仍然相對(duì)獨(dú)立，粘接操作沒(méi)有新的圖元產(chǎn)生，就通過(guò)合并關(guān)鍵點(diǎn)獲得粘接效果，只有公共區(qū)域的維數(shù)低于粘接圖元的維數(shù)，粘接操作才有效。通俗的說(shuō)，Add 就是把裝配體中的各個(gè)零件熔化，再重塑一個(gè) “零件型”模型，Glue 就是在相鄰零件的連接處涂上膠水并使各個(gè)部分粘上，Overlap 是零件間的相交處新生成一個(gè)個(gè)體，原來(lái)的各少一塊。 干涉問(wèn)題對(duì)于在 Pro/E 中裝配的實(shí)體模型，大家往往過(guò)于自信而不注意檢查各零件間是否發(fā)生了干涉，這樣的裝配體導(dǎo)入到 ANSYS 作分析時(shí)就會(huì)發(fā)生很多問(wèn)題，對(duì)于這些問(wèn)題的出現(xiàn)卻不知如何解決，甚至有人懷疑是這兩種軟件的接口有問(wèn)題，還有的人認(rèn)為這只是一個(gè)無(wú)關(guān)緊要的警告等。圖 為在Pro/E 中裝配的車(chē)架實(shí)體模型。圖 ANSYS 中對(duì)實(shí)體模型劃分網(wǎng)格時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤這個(gè)錯(cuò)誤記錄的意思是沒(méi)有與這些面相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)，所以加在這些面上的約束會(huì)被忽略。圖 Boolean 運(yùn)算前發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁 圖 Boolean 運(yùn)算后發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁圖 Boolean 運(yùn)算前車(chē)架左外縱梁 圖 Boolean 運(yùn)算后車(chē)架左外縱梁局部圖 運(yùn)算前車(chē)架左內(nèi)縱梁 圖 Boolean 運(yùn)算后車(chē)架左內(nèi)縱梁局部圖 運(yùn)算后發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁與外縱梁的連接端由此可見(jiàn)，Boolean 運(yùn)算后發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁被分成三部分，這三部分恰好是Boolean 運(yùn)算前的發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁，而車(chē)架左內(nèi)外縱梁與發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的連接處均被刪除了一部分，將這一部分放大，如圖 所示。現(xiàn)在我們進(jìn)入 Pro/E 環(huán)境下檢查全局干涉的情況，如圖 所示。圖 和 是這根梁的掃描軌跡更改前后的情況。圖 Pro/E 再次進(jìn)行全局干涉檢查的結(jié)果再次將修改后的裝配體導(dǎo)入到 ANSYS 中進(jìn)行分網(wǎng)時(shí)，不再出現(xiàn)錯(cuò)誤警告，說(shuō)明出現(xiàn)圖 的錯(cuò)誤警示確系零件間干涉所致。所以在將裝配體導(dǎo)入到 ANSYS 之前必須進(jìn)行干涉檢查。選擇 Plot——Volumes，發(fā)現(xiàn) ANSYS 的圖形顯示窗口里沒(méi)有這兩根縱梁，再選擇 Plot——Areas后，發(fā)現(xiàn)這兩根縱梁又回到了圖形窗口了，如圖 和圖 ：圖 ANSYS 只顯示體時(shí)的車(chē)架 圖 ANSYS 只顯示面時(shí)的車(chē)架這正說(shuō)明左右縱梁導(dǎo)入 ANSYS 時(shí)只導(dǎo)入了面。因?yàn)檫@些零件導(dǎo)入 ANSYS 中只剩下了面，自然不能劃分成三維實(shí)體單元了。比如模態(tài)分析中，在材料類(lèi)型庫(kù)中是要輸入材料密度的，即在模態(tài)分析中，主要考慮的因素有密度，如果這些零件只有面，那么分析得出的各階振型自然不對(duì)。 模型損失問(wèn)題的解決辦法解決的辦法有：(1) 在 ANSYS 中修復(fù)這些損失的體。(2) 在 Pro/E 中不使用鏡像命令建立零部件。由于裝配體的特殊性，這里分析了由于 Boolean 運(yùn)算、模型干涉和鏡像命令的使用而引起的問(wèn)題，將這些問(wèn)題都解決后，通過(guò) ANSYS 的前處理模塊將實(shí)體模型轉(zhuǎn)變成有限元