基于ANSYS二次开发的载货车车架参数化建模和自由度耦合系统开发

论文摘要

汽车车架是整个汽车的基体,汽车的绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的,并且它还承受着车内外的各种载荷。对车架进行有限元分析显得尤为重要,而车架的系列化结构特点,要求有专用的车架建模系统,以避免大量的重复性操作,提高分析效率。此外,对于车架纵梁、横梁和加强板连接方式即多层板结构的模拟,传统的方法是用耦合或者是MPC184单元。当分网一致时,这些方法可以取得很好的结果。但当分网不一致时,只有相近的节点才能耦合,增加了某些区域的刚度,导致严重的应力集中,影响结果的正确性。本课题用VB和ANSYS的两种语言(APDL和UIDL)开发了一个车架参数化建模和自由度耦合系统。(1)车架参数化建模系统开发：通过对参数化建模技术进行研究,对不同车架形式提取公共特征,提出了一种车架参数化建模方法。基于此方法,用VB制作了一个可与ANSYS进行链接的参数输入程序。运行此程序,可方便建立车架模型。(2)自由度耦合系统开发：针对多层板结构,提出了基于约束方程的节点与单元内点的自由度耦合算法。算法的主要思想是源面的节点与目标面上的内点进行耦合而内点的位移场可通过其所在单元的角节点来表达,因此此算法又称为多点约束算法(MNCA)。将此算法编写成APDL命令流,在ANSYS的主菜单下通过二次开发添加菜单构成此系统。本课题所开发的车架参数化建模系统通过输入简单的几个参数便可建立起车架的几何模型,输入界面明了,非专业的有限元分析人员也可使用该系统进行车架的建模；自由度耦合系统通过实例证明其算法可靠,运用此算法得出的结果与传统的耦合和MPC184单元相比,应力分布更加合理,没有出现局部的应力集中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 车架几何模型研究现状
• 1.2.2 基于ANSYS的二次开发研究现状
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.3.1 参数化建模
• 1.3.2 基于约束方程的节点与内点的耦合方法
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 图形界面设计语言及ANSYS二次开发
• 2.1 图形界面设计语言
• 2.1.1 Visual Basic应用程序的结构
• 2.1.2 过程和模块的概念
• 2.1.3 Visual Basic基本语句
• 2.1.4 控件设计
• 2.2 ANSYS用户界面设计语言
• 2.2.1 UIDL的结构体系
• 2.2.2 UIDL开发方法
• 2.2.3 汉化用户界面
• 第三章 载货车车架参数化建模系统开发
• 3.1 车架参数化设计方法分析
• 3.2 载货车车架参数化设计
• 3.2.1 车架参数的存储
• 3.2.2 关键点的建立
• 3.2.3 关键点号的存储
• 3.2.4 车架拓扑关系的建立
• 3.3 参数化建模系统设计
• 3.3.1 参数化建模系统
• 3.3.2 参数输入
• 3.3.3 修改数据文件
• 3.3.4 重新生成模型
• 3.3.5 镜像
• 3.4 参数化建模系统实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于约束方程的节点与单元内点的自由度耦合算法
• 4.1 工程背景
• 4.2 基于约束方程的节点与单元内点的自由度耦合算法
• 4.3 不同连接方式的自由度耦合方程
• 4.4 目标点及相关单元的确定
• 4.5 基于形函数的目标点位移自由度
• 4.6 单元局部坐标系下节点与单元内点的自由度耦合方程
• 4.6.1 局部坐标系中投影点位移场
• 4.6.2 局部坐标的方向余弦
• 4.7 整体坐标系下节点与单元内点的自由度耦合方程
• 4.8 实例验证
• 4.9 本章小结
• 第五章 基于ANSYS二次开发的参数化建模系统和自由度耦合系统开发
• 5.1 参数化建模界面的开发
• 5.2 创建车架参数化建模系统和自由度耦合系统菜单
• 5.3 车架参数化建模系统功能块详细介绍
• 5.3.1 参数输入功能块
• 5.3.2 修改数据文件功能块
• 5.3.3 重新生成模型功能块
• 5.3.4 镜像功能块
• 5.4 自由度耦合系统功能块
• 5.4.1 面与面耦合
• 5.4.2 线与面耦合
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文及著作情况