ANSYS在汽車零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

ANSYS在汽車零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用本文中非常具體的介紹了Ansys仿真軟件在一種零件中的應(yīng)用。很有借鑒作用。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體同時(shí)承受高著熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷工作，本質(zhì)上是多物理場偶合工作體，ANSYS多物理場分析的功能為發(fā)動(dòng)機(jī)的分析提供了完整的解決方案。

ADAPCO公司用ANSYS詳盡地進(jìn)行了某V6發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的熱分析、結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力分析和熱－結(jié)構(gòu)耦合分析（圖1，2）。對產(chǎn)品開發(fā)作用特別明確。

圖13V6發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物圖14發(fā)動(dòng)機(jī)整體模型1.1柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件

活塞、曲柄連桿等運(yùn)動(dòng)件是高熱/機(jī)械負(fù)荷部件，因?yàn)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，其質(zhì)量對整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能非常重要。ANSYS分析熱和機(jī)械載荷下的形狀及應(yīng)力為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的柔體運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析連桿強(qiáng)度向來是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵，ANSYS柔體－柔體接觸計(jì)算功能可以準(zhǔn)確模擬連桿與大頭蓋、主銷、曲柄銷間聯(lián)合工作狀況。這是ANSYS系統(tǒng)分析功能和強(qiáng)大的接觸功能體現(xiàn)。

ANSYS曲軸結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析功能計(jì)算出曲軸扭轉(zhuǎn)與彎曲模態(tài)，通過頻率優(yōu)化達(dá)到減震效果。ANSYS的疲勞計(jì)算功能，精確的計(jì)算曲軸傳統(tǒng)疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還可計(jì)算出曲軸的強(qiáng)度因子，從而預(yù)測疲勞裂紋的產(chǎn)生及疲勞壽命。應(yīng)用ANSYS對曲軸軸頸及油膜進(jìn)行流-固耦合分析評價(jià)高曲軸的耐磨性。

曲軸連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的重量優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅是節(jié)省材料及發(fā)動(dòng)機(jī)重量降低，運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量對改善發(fā)動(dòng)機(jī)整體的工作狀況特別有效，ANSYS形狀優(yōu)化的功能可以對活塞內(nèi)腔、活塞銷孔、連桿形狀、曲軸圓角和曲柄臂尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2機(jī)體：

缸蓋、箱體、缸套

機(jī)體、缸蓋的熱分析特別重要，熱疲勞是失效和“拉缸”主要原因，為保證可靠性與耐久性，應(yīng)用ANSYS分析機(jī)械和熱負(fù)荷下的剛度、強(qiáng)度是設(shè)計(jì)師的首選。ANSYS可準(zhǔn)確地計(jì)算出機(jī)體的自振頻率及模態(tài)。以控制噪聲源。此外ANSYS可模擬機(jī)體的熱沖擊實(shí)驗(yàn)、熱-結(jié)構(gòu)耦合分析可計(jì)算出機(jī)械負(fù)載、熱負(fù)荷雙重作用下機(jī)體的變形，應(yīng)力分布。流體-結(jié)構(gòu)偶合分析軸承油膜狀態(tài)進(jìn)行潤滑系設(shè)計(jì)等等。

圖4缸蓋、箱體分析圖5上海柴油機(jī)公司利用ANSYS熱分析功能模擬某型號發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體熱沖擊實(shí)驗(yàn)，根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)結(jié)構(gòu)，效果明確。

1.3氣機(jī)構(gòu)：

進(jìn)排氣門、氣門彈簧、搖臂、推桿、挺桿、凸輪軸、正時(shí)齒輪

配氣機(jī)構(gòu)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，要求進(jìn)行精確計(jì)算。ANSYS系統(tǒng)分析能夠考慮配氣機(jī)構(gòu)中各個(gè)部件的彈性變形，從而取得比剛體假定更精確凸輪-氣門規(guī)律。

圖6大連機(jī)車車輛廠利用ANSYS結(jié)構(gòu)分析找到了構(gòu)搖臂座裂紋發(fā)生的原因。提出改進(jìn)方法。

氣門彈簧承受高頻交變載荷，伴隨著多氣門設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，彈簧尺寸限制更大，ANSYS非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析及疲勞分析的功能，可較好地解決非線性變節(jié)距彈簧高應(yīng)力破壞及疲勞損壞問題。排氣閥受高速?zèng)_擊載荷、受高溫燃?xì)鉀_刷，ANSYS熱－結(jié)構(gòu)耦合分析可仿真，熱疲勞分析預(yù)測可靠性都是十分有效。

圖7進(jìn)氣螺旋圖圖8消聲器熱分析圖圖9增壓器渦輪分析配氣機(jī)構(gòu)分析中存在著大量的接觸問題，ANSYS高級接觸單元、接觸向?qū)А⒅悄芑佑|參數(shù)設(shè)置的功能引導(dǎo)設(shè)計(jì)工程師方便、有效、快速地進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)的非線性分析，解除了計(jì)算者非線性參數(shù)選取試湊的苦惱，大大加速了分析進(jìn)度。

1.4進(jìn)排氣系：

空氣濾清器、進(jìn)排氣道、增壓器、消聲器

進(jìn)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)系到結(jié)構(gòu)-熱-流體-聲的綜合作用，是典型的多物理場問題。ANSYS計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)可計(jì)算氣道的流場分布、壓力分布、溫度分布、湍流動(dòng)能、湍流耗散率，得到氣道幾何形狀對進(jìn)氣效率的影響，；通過ANSYS獨(dú)一無二的流場優(yōu)化功能，可使發(fā)動(dòng)機(jī)由于進(jìn)排氣阻力而造成的功率損失減至最低。

進(jìn)排氣系是汽車噪聲的重要噪聲源，ANSYS聲場分析和聲場優(yōu)化可求解出聲壓分布及分貝級別，通過對消聲器的聲－流體－結(jié)構(gòu)耦合的優(yōu)化仿真，可大大降低排氣噪聲、減小排氣阻力。增壓器渦輪有輪-軸過盈配合、超高速旋轉(zhuǎn)、和葉片振動(dòng)等嚴(yán)格的工作條件，ANSYS協(xié)助用戶完美解決了工程中提出的多項(xiàng)技術(shù)問題。

1.5燃油供給系：

油箱、油泵、高壓油管

燃油噴射和進(jìn)氣螺旋關(guān)系到燃燒充分和排放，ANSYS流體動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化功能允許設(shè)計(jì)師在物理樣機(jī)制造之前考查多種氣道方案得到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

國家已經(jīng)禁止化油器車銷售，電噴技術(shù)普遍應(yīng)用，通過電控實(shí)現(xiàn)智能燃油供給，提高功率和控制排放，ANSYS多物理場仿真技術(shù)可模擬電噴過程的“電－磁－結(jié)構(gòu)多場耦合”的工作狀況，為電噴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了從性能評價(jià)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整解決方案。

圖10散熱片流-固耦合分析圖圖11散熱器模態(tài)分析1.6冷卻系：

冷卻系設(shè)計(jì)焦點(diǎn)是結(jié)構(gòu)、空氣、水、油和熱的流動(dòng)和傳遞過程，分析項(xiàng)目主要是計(jì)算流體力學(xué)和偶合分析。ANSYS分析得到冷卻系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)、溫度分布、與結(jié)構(gòu)壁面的對流換熱系數(shù)等，從而為冷卻系的設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

2、傳動(dòng)系：

變速箱、離合器、萬向節(jié)、主減速器、差速器、半軸、液力偶合器與液力變速器等傳動(dòng)系承擔(dān)功率傳遞功能，部件在隨機(jī)高載荷條件下工作，強(qiáng)度震動(dòng)問題始終是主要矛盾。以主傳動(dòng)螺旋傘齒輪為例，過去FEM分析只能針對嚙合過程的一個(gè)狀態(tài)分析，現(xiàn)在ANSYS可以在嚙合運(yùn)動(dòng)全過程中分析齒輪對的強(qiáng)度、剛度響應(yīng)。因?yàn)榉治鰧ο罂梢园X輪軸和軸承座，這就可能發(fā)現(xiàn)因?yàn)辇X輪軸或軸承座剛度不足而造成螺旋傘齒輪對碎齒問題（圖12）。

圖12齒輪滾動(dòng)接觸分析高檔汽車采用液力變速器是靠流體在泵輪、導(dǎo)向輪和渦輪間液體耦合的相互作用工作的。ANSYS流體和非線性流－固耦合的分析功能，可預(yù)測其工作性能與可靠性。

傳動(dòng)軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)鍵，ANSYS模態(tài)分析可準(zhǔn)確的預(yù)測其自振頻率及振型，指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

萬向節(jié)密封套在大變形條件下工作，設(shè)計(jì)上壽命至少要求達(dá)到一個(gè)大修期。韓國大成公司采用ANSYS軟件對封套進(jìn)行損傷壽命及密封性能預(yù)測，得出了不同的軸交叉角與應(yīng)力關(guān)系曲線，完好地解決了密封套的壽命設(shè)計(jì)問題。圖13、14。

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念車身突車架穿、車款橋、戴輪胎擇、懸佛掛（席前后拒橋、跡鋼板豪彈簧鍛、減冷振器宮）

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