汽车设计课程设计指导书
- 格式：pdf
- 大小：231.14 KB
- 文档页数：12
汽车设计课程设计指导书 （HYPERWORKS在汽车设计中的应用—离合器盖）
汽车工程系 2011年12月
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 说明 汽车设计是车辆工程专业课程之一，也是最重要的一个实践性内容。其目的和作用是使学生能将已学过的力学、机械以及汽车知识综合运用于汽车零部件系统设计中，从而培养学生对汽车零部件系统的综合设计和实践能力。这是在所有实践性课程中最具活力，最能培养学生的自主学习、实践能力，最能培养学生创新思维的课程之一。汽车设计课程设计根据课题难易程度分为二到三人一组、各组独立完成，在学生设计过程中鼓励他们自主设计，积极创新。 学生《汽车设计课程设计》的成绩主要从工作态度、设计工作量、质疑答辩等几部分组成。具体从出勤情况、设计论证、软件操作能力与设计能力、设计工作量与工程图图面质量、设计说明书质量、回答问题情况等方面评定。最终成绩按五级制记分，分为优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。（设计报告按电子档附件1要求进行书写）
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn1. 前言 1.1课程设计的目的
随着我国汽车工业的迅速发展，以CAD/CAM/CAE为主的计算机应用技术，开辟了产品设计的新面貌。目前，作为CAE中应用最广泛的有限元分析及优化设计已是设计链中非常重要的一环。新车开发中零部件的疲劳、寿命、振动、噪声等强度和刚度问题，可通过有限元分析及优化计算在设计阶段解决，大幅度提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省大量开发费用。因此，我们在《汽车设计》课程设计中引入“有限元优化分析软件HYPERWORKS在汽车设计中的应用”这个专题。通过课程设计，使学生能够掌握有限元分析软件Hyperworks的分析流程和基本功能，以及基于Hyperworks的结构优化设计技术在汽车设计中的应用方法，从而为以后应用该方法解决实际问题打下良好的基础。 1.2 课程设计的任务 l 掌握利用CAD软件建立离合器盖三维模型以及生成二维工程图的方法； l 掌握CAD软件和有限元软件之间进行数据传递的方法； l 明确在汽车设计进行有限元优化分析的步骤； l 掌握利用Hyperworks软件对二维、三维和轴对称结构进行实体建模、网格剖分、加载求解和后处理的方法；能够对结构进行静力计算； l 初步掌握利用Hyperworks软件对零部件的结构问题进行优化设计的基本方法； l 完成汽车典型零部件简化模型的有限元优化设计并写出分析计算说明书。 1.3 课程设计的要求 l 应用Pro/E、UG或CATIA任一种CAD软件对某离合器建立三维CAD模型，并出A4工程图一张； l 对建立的CAD模型划分网格、进行静力计算和结构优化设计等； l 利用OSSmooth工具，将优化结果输入到CAD系统中进行二次设计； l 分析计算说明书重点应放在优化模型的设置，各种方案以及优化前后的对比分析上；按统一格式要求。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn1.4 注意事项 l 在机房工作时请认真研读汽车数字化应用实验室上机管理规定； l 除最后的答辩外，课程设计的所有的工作均按分组进行； l 设计过程文件（说明书及计算机文件等）如内容重复率30%以上，雷同者成绩均按不及格处理； l 认真准备答辩，答辩不通过者必须重新完成指定的课程设计内容后方能进入毕业设计环节； l 课程设计完成后，将所有同课程设计有关的计算机文件（包括：说明书、零件三维模型、工程图、优化计算得到的*.fem、*.out、*.res文件）放在“班号＋学号＋姓名”命名的文件夹中，并提交给有关老师。 1.5 进度安排
序号 工作内容 所需时间 1 任务介绍及Hyperworks软件实训 2天 1 CAD三维建模 1天 2 网格剖分 2天 3 静力计算 2天 4 优化计算 3天 5 分析及编写设计说明书 5天
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn2 设计说明 《HYPERWORKS在汽车设计中的应用—离合器盖》
2.1 任务说明 某离合器盖简化结构图及有关尺寸如下：(单位mm,板厚4或5mm)； 材料属性：E=2.1e5MPa, Nu=0.3 Rho=7.9e-09 ton/mm3
图1 离合器盖结构图 图2 离合器盖形状曲线示意 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn结构1： 中央弹簧离合器盖，如图2，AB部分与弹簧设计方案有关，EF部分依赖于总成设计，AB、EF部分不变，BCDE部分为可变部分。
结构2： 周布弹簧离合器盖，CD段与弹簧接触，CD及EF段为不可变部分，其余为可变部分。 2.2 CAD三维建模 应用Pro/E、UG或CATIA任一种CAD软件对以上离合器建立三维CAD模型，并出A4工程图一张。
2.3 网格剖分 1、将建立的三维CAD模型导出为IGES格式，将该文件导入HyperMesh环境中； 2、抽中面； 3、对模型进行必要的几何清理，然后划分二维网格； 4、检查网格。
2.4 静力计算 以下以中央弹簧式离合器盖为例说明结构优化设计过程。 在进行离合器盖的静力计算时，考虑离合器盖受到弹簧沿圆周均匀分布的轴向压紧力，以及转动时的离心力。 1、 将EF段曲线所示部分所有节点约束6个自由度； 2、 压紧弹簧的轴向作用力为14200N，均布于AB区，换算为Mpa, 以pressure的形式加载。如图所示 3、 加离心力。点击collectors, Create 一个loadcol, 卡片为Rforce。 卡片定义参考Hyperworks帮助，其中A取50r/s, 即3000r/min。 4、 进行静力分析； 5、 在Hypermesh中进行后处理，求出位移最大的节点及其对应位移。
图3 将四周节点约束 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 图4 加上轴向弹簧压紧力 2.5 离合器盖结构的形状优化计算
离合器盖与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的部分扭矩，它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。设计时要求质量小，刚度好，便于通风散热，且相对于飞轮轴线必须有良好的对中以保持离合器的平衡。 为了减轻重量和增强刚度，离合器盖常选用带用加强筋和卷边的复杂形状，以复杂的形状增强刚度从而避免受力变形引起的离合器分离不彻底和摩擦片早期磨损，因此，离合器盖的设计关键在于其结构形状的设计，以下对其进行形状优化和形貌优化。
1、 问题描述 优化目标为：在保持结构刚度不变的情况下材料最少。 目标：质量（体积）最小化。 约束：保持原有刚度不变。 设计变量： 将BCDE段分为11小段，每小段的位置对应一个形状变量，因此有11个设计变量。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 图5 离合器形状曲线与变化范围示意图 2、 优化过程
• 使用HyperMorph 创建形状变量 参照图5将CDEF段对应的区域划分为11个环状domain，再将这11个domain沿y方向morph,并保存为11个形状变量。 步骤1: 建立Domain 模型 创建2D domains 来生成11个形状变量。 1). 在BCs 页面中点击optimization。 2). 进入HyperMorph 子面板，然后点击domains。 3). 选择Create 子面板。 4). 选择2D domains。 5). 选择图5中BM1所示环形单元带。 6). 点击create。，创建第1个domain。 7). 以此类推，创建其他10个domain。
图 6: 所有生成的domains PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn步骤 2: 创建形状变量 1). 点击return。 2). 点击morph。 3). 激活move handles。 4). 在左边选择along xyz，在右下角选择translate。 5). 点击handles 并选择刚才创建的第一个domain。 6). 在y val =中输入5。 7). 点击morph。 所选的handles 在y 方向移动了1.0。 可以看到在handles 附近的网格不是非常光顺，需要对这些handles 应用biasing。 8). 选择set biasing。 9). 点击handles，再次选择这四个handles。 10). 点击select。 11). 在bias =中输入2.0，然后点击update。 此时handle 附近的网格变得更加光顺。 12). 选择save as shape。 13). 将切换开关设为as node perturbations。 14). 在shape =中输入名称sh1。 15). 点击save。 16). 点击undo all 回到初始的形状。 17). 重复以上3)-16)创建其他10个shape。 18). 依次点击return 两次，返回optimization 面板。 步骤 3: 创建并通过动画察看形状设计变量 1). 点击shape。 2). 选择desvar子面板。 3). 确认切换开关被设为multiple desvars。 4). 点击shapes。 5). 选择sh1形状变量。 6). 点击select。 7). 点击create。 重复4)-7)每一个选中的形状变量创建一个设计变量，其名称和标号与相应的形状变量相同。 8). 点击animate。 9). 点击data type =并选择Perturbation Vector。 10). 点击modal 动画播放第一个形状变量。 11). 点击next（在simulate=的右边），然后点击animate 察看下一个形状变量的动画。 12). 该动画是否反映了您建模的想法？ 13). 点击return 返回shape 面板。 下面的步骤修改第一个形状变量的下限。 14). 选择update 子面板。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
