【正文】 perWorks Process Manager 是標準化流程的執(zhí)行工具，它將工程師的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化成企業(yè)的流程并進行固化。 HyperWorks有限元分析步驟建立載荷工況劃分單元導(dǎo)入文件設(shè)置計算參數(shù)單元檢查與優(yōu)化幾何清理設(shè)置模版 輸出有限元文件建立載荷集建立材料卡片求解器求解施加載荷建立材料幾何及單元集Hyperview后處理 圖52 Hyperworks分析步驟 RADIOSS簡介 RADIOSS是Hyperworks系列軟件中的結(jié)構(gòu)求解器。在融合最新開發(fā)的線性和隱式非線性求解功能后，它又創(chuàng)造了新的價值。RADIOSS融合了線性與非線性結(jié)構(gòu)有限元求解技術(shù)，多體動力學(xué)仿真技術(shù)和流固耦合仿真技術(shù)。1）零維單元CELAS用于定義彈簧單元，CDAMP用于定義標量阻尼單元，CMASS用于定義質(zhì)量點2）一維單元CBEAM用于定義梁單元、CBAR簡單梁單元、CBUSH通用彈簧阻尼單元、CGAP間隙單元，支持軸向和摩擦載荷，CROD桿單元，支持軸向力和扭矩。 3）二維單元二維單元用于模擬薄板，包括面內(nèi)變形，平面應(yīng)變和彎曲（包括橫向剪切與膜，彎曲的耦合）。通過修改PSHELL的選項二維單元也可以用于模擬厚板。通常所有無法用一維單元和二維單元簡化的模型都要使用三維單元進行模擬。 膜片彈簧有限元分析 1）膜片彈簧三維模型的導(dǎo)入 2）將幾何模型導(dǎo)入Hypermesh中首先進行幾何清理，Hyperworks的幾何模型一般多從Pro/E、UG、CATIA等三維CAD軟件導(dǎo)入。CAD模型需要精確的幾何表達，通常會包含某些細微特征，如倒角、小孔；而進行有限元分析時，如果要準確模擬這些特征，需要用到很多小單元，導(dǎo)致求解時間延長。此外，模型的一些幾何信息在導(dǎo)入時可能會出錯，如導(dǎo)入曲面數(shù)據(jù)時可能會存在縫隙、重疊、邊界錯位等缺陷，導(dǎo)致單元質(zhì)量不高，求解精度差。通過消除錯位和小孔，壓縮相鄰曲面之間的邊界，改正模型在導(dǎo)入時出現(xiàn)的錯誤，消除不必要的細節(jié)，產(chǎn)生一個簡化的部件模型，以便于網(wǎng)格劃分和分析，確保網(wǎng)格間的正確連接，獲得滿意的的網(wǎng)格樣式和質(zhì)量，從而提高整個網(wǎng)格劃分的速度和質(zhì)量，提高計算精度。 （2）抽取中面（MidSurface）。 （4）改善幾何模型的拓撲關(guān)系，以獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格，即拓撲改進（Topology Refinement）。有限元分析的思想就是利用一個離散結(jié)構(gòu)的近似力學(xué)模型來代替原有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，離散后的結(jié)構(gòu)僅在節(jié)點連接，通過節(jié)點施加載荷和約束，并且依靠節(jié)點進行力的傳遞。由于有限元計算模型的合理性在很大程度上由網(wǎng)格形式所決定，因此，網(wǎng)格的劃分是有限元分析計算的基礎(chǔ)，也是其中心工作之一，而且工作量大、耗時多。通常，當(dāng)一個方向的尺寸遠大于其他兩個方向的尺寸時，可以將其處理為一維單元；同時，一維單元也用于構(gòu)件的連接，如用一維單元模擬焊接和螺栓連接。當(dāng)構(gòu)件三個方向的尺寸基本在一個數(shù)量級時，可對構(gòu)件進行三維網(wǎng)格劃分。其中Automesh功能實現(xiàn)基于幾何表面的二維網(wǎng)格的自動劃分，通過交互方式可以方便地控制網(wǎng)格劃分的參數(shù)，得到質(zhì)量較高的網(wǎng)格。 Hypermesh創(chuàng)建三維網(wǎng)格的基本思想是，對已有的二維網(wǎng)格或經(jīng)過投影、比例縮小或放大處理后的二維網(wǎng)格，經(jīng)過拉伸、掃掠等方式生成三維實體單元。 膜片彈簧由于是薄板結(jié)構(gòu)，故可以先抽中面，用殼單元劃分，如下：圖54 膜片彈簧網(wǎng)格劃分 4）網(wǎng)格質(zhì)量檢查通常，使用自動或半自動方法劃分的網(wǎng)格模型還不能立即用于分析。由于單元的網(wǎng)格質(zhì)量直接關(guān)系到有限元模型分析計算結(jié)果的精度和收斂性，質(zhì)量較差的網(wǎng)格甚至無法通過網(wǎng)格質(zhì)量檢查，使計算無法進行，因此，網(wǎng)格質(zhì)量檢查是網(wǎng)格劃分過程中比不可少的一步，也是有限元分析計算中必須引起重視的一步。Hypermesh中單元連續(xù)性檢查包括2D單元中不連續(xù)自由邊的查找和處理以及3D單元中不連續(xù)自由面的查找和處理。膜片彈簧網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果如下：圖55 膜片彈簧網(wǎng)格質(zhì)量檢查 5）定義膜片彈簧的材料屬性:膜片彈簧材料為,屬性如下表表51 彈性模量MPa泊松比密度屈服極限MPa極限抗拉強度MPa 6）邊界條件的施加： （1）離合器結(jié)合時邊界條件的施加據(jù)實際情況為，在支撐圈限定的曲線上施加Y方向位移約束，在與壓盤接觸的曲線段上施加Y方向指定的載荷。模型如下：圖57 分離狀態(tài)膜片彈簧邊界條件7）求解及后處理在Hypermesh中，大部分求解器（NASTRAN、ABAQUS、LSDYNA3D、PAMCRASH、ANSYS、RADIOSS、OPTISTRCT和MARC）輸入文件的相關(guān)格式信息可以用信息卡片的形式查看與編輯，并通過信息卡片進行傳遞。由于Hyperworks中非線性計算涉及的參數(shù)較多，設(shè)定困難，故用了線性計算得到了部分數(shù)據(jù)，分別模擬了結(jié)合與分離兩個狀態(tài)，得到的數(shù)據(jù)如下： （1）結(jié)合狀態(tài) 圖58 結(jié)合狀態(tài)大端位移表 52100015002000250030003500400045005000550060006500700075008000 （2）分離狀態(tài) 圖 59 分離狀態(tài)大端變形表 5355006000650070007500800085009000950010000 分離狀態(tài)小端變形如下：表 545500600065007000750080008500900010000 （3）膜片彈簧最大應(yīng)力圖：圖 510 膜片彈簧最大應(yīng)力 +2MPa，小于屈服強度極限，故合格。（2）作用在膜片彈簧上的載荷均勻分布在內(nèi)外圓周上；（3）彈簧變形時，膜片彈簧和各支撐面之間的滑動摩擦不計。 本章小結(jié) 本章首先介紹了有限元方法的基本思想、特點、求解步驟與流程，然后介紹了Hyperworks軟件以及它的RADIOSS求解器的情況，并介紹了膜片彈簧有限元分析的過程，最后將AL法，有限元法，實驗法的結(jié)果進行了對比。傳統(tǒng)的AL法作出了很多假設(shè)，而且沒有考慮分離指對其特性的影響，有限元分析建?？紤]了分離指的影響，實際有限元模型也不是完全正確無誤的，例如，有限元方法中邊界條件與載荷的施加與實際情況有差異，由于膜片彈簧內(nèi)外支撐半徑是一個準確值，而劃分單元時將節(jié)點準確定位有一定困難，所以約束與載荷施加有一定誤差。由于本人水平及畢業(yè)設(shè)計時間的限制，雖然本文對膜片彈簧特性曲線進行了有限元的分析，并與傳統(tǒng)AL公式進行了對比，但是只是進行了開始一小段的模擬，后面由于對Hyperworks中非線性參數(shù)設(shè)置還有很多不清楚的地方，還有待進一步的研究，本人認為還可以從以下幾個方面進行改進： （1）對膜片彈簧的有限元模型進行進一步的完善，例如進一步精確邊界條件和載荷的位置，還有考慮摩擦因素的影響，還可以多用幾種單元進行網(wǎng)格劃分，進一步研究。 （3）進一步研究Hyperworks中非線性分析部分，模擬出膜片彈簧特性曲線后段部分。首先最應(yīng)該感謝的是我的指導(dǎo)老師張勝蘭和張建輝老師，從最開始到最后結(jié)束，兩位張老師都付出了大量的精力與時間，在老師悉心的指導(dǎo)，耐心的幫助下，我才能克服各種難題順利地完成這篇畢業(yè)設(shè)計。兩位張老師不僅在學(xué)術(shù)上對我進行指導(dǎo)，還在生活中和思想上對我進行關(guān)心，他們嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度，淵博的知識，良師的風(fēng)范都給我留下了深刻的影響，我在今后工作中如果取得了一定的成果，都是和兩位老師分不開的，在這里，向他們致以誠摯的感謝。還要感謝四年來教我各種知識的各位老師，同時，也要感謝所有對我進行各種幫助和關(guān)心的各位同學(xué)，他們都在學(xué)習(xí)和生活上給了我極大的幫助。參考文獻[l] [M]、北京:人民交通出版社,2007.[2] 肖生發(fā)主編. 汽車構(gòu)造[M]. 北京：中國林業(yè)出版社、北京大學(xué)出版社， .[3] 王望予主編. 汽車設(shè)計（第四版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社， .[4] 徐石安,[M].北京:清華大學(xué)出版社,.[5] 劉鴻文主編. 材料力學(xué)（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社， .[6] 馬迅編著. 有限元法基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版）[M]. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程系， .[7] 張勝蘭、[M].北京：機械工業(yè)出版社，.[8] （第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，.[9] [M].北京：機械工業(yè)出版社，.[l0] [J].機電技術(shù),2005(l):37183