Моделирование систем автомобиля в ANSYS Motion. Часть 1. Создание шаблонов
Моделирование систем автомобиля в ANSYS Motion. Часть 1. Создание шаблонов
ANSYS Motion – отличный инструмент для анализа динамики абсолютно жестких и упругих тел. Одной из сфер применения данного программного продукта является автомобилестроение. Помимо стандартного модуля существуют дополнительные наборы инструментов: Car, Drivetrain и Links, которые могут быть использованы для создания различных систем автомобиля. Материал будет разбит на три части: создание шаблонов, моделирование по шаблонам и анализ подвески. В данной статье будут рассмотрены основы создания собственных шаблонов в ANSYS Motion Car.
Набор инструментов ANSYS Motion Car включает в себя шаблоны различных систем (подвески различного типа, стабилизатор поперечной устойчивости, рулевое управление, тормозная система, шины и т.д.), которые созданы из идеализированных элементов (балки, пластины, пружины и т.д.), и различные сценарии моделирования: частичное моделирование на стендах (параллельное перемещение, крен, поперечная сила и т.д.) и полное моделирование автомобиля. Кроме того, имеется возможность создавать свои шаблоны из идеализированных компонентов.
Рассмотрим порядок создания шаблона подвески типа Macpherson.
Создание модели
Для начала стоит упомянуть, что шаблоны моделей находятся в архиве Standard Work, который находится в папке с документацией. Для их использования копируем содержимое в рабочую папку.
Открываем в препроцессоре файл Standard_Model.dfmodel. Теперь в Work Navigator отображается набор папок с шаблонами. В каждой папке хранятся модели различных систем автомобиля. Далее создаем новый файл: выбираем Suspension из раздела Template и называем Macpherson_tutorial (т.е. сначала мы создадим шаблон, который в дальнейшем будем использовать для построения модели подвески).
Нижние рычаги
Создаем Design points как показано на рисунке 1.
Рис.1 – Точки для элементов типа нижний рычаг
Следующим шагом создаем треугольные пластины (Tri-plate на панели Body). В качестве привязок выбираем Design points. Для точки 1 выбираем dp_lca_front:L, для 2 – dp_lca_outer:L, для 3 – dp_lca_rear:L. Остальные настройки измените согласно рисунку 2 (высота, название, симметрия, цвет). Данные элементы являются идеализацией нижних рычагов подвески.
Рис.2 – Окно настроек для нижних рычагов
Тяги
Далее создадим тяги. Аналогично создаем Design points и элементы идеализации цилиндры (1-ая точка – dp_tierod_outer, 2-ая – dp_tierod_inner). На рисунках 3, 4 представлены настройки.
Рис.3 – Точки для элементов типа тяга
Рис.4 – Окно настроек для тяг
Стойки
Следующим шагом создадим стойки. Стойка будет состоять из 7-ми тел (5 цилиндров и 2 сферы). Для объединения тел будем использовать операцию Boolean. Создаем точки, как показано на рисунке 5.
Рис.5 – Точки для элементов типа стойка
Создаем тела как описано ниже.
Цилиндр 1:
1. Top Position: dp_strut_lwr_mount:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_wheel_center:L(Design Point)
3. Radius: 10
4. Name: upright
5. Symmetric: Left
Цилиндр 2:
1. Top Position: dp_wheel_center:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_outer:L (Design Point)
3. Radius: 10
4. Изменить опции на Boolean.
5. Name: upright:L
6. Symmetric: Left
Цилиндр 3:
1. Top Position: dp_upright_spindle_in:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_wheel_center:L (Design Point)
3. Radius: 10
4. Изменить опции на Boolean.
5. Name: upright:L
6. Symmetric: Left
Цилиндр 4:
1. Top Position: dp_upright_spindle_out:L (Design point)
2. Bottom Position: dp_wheel_center:L (Design point)
3. Radius: 10
4. Изменить опции на Boolean.
5. Name: upright:L
6. Symmetric: Left
Цилиндр 5:
1. Top Position: dp_tierod_outer:L (Design point)
2. Bottom Position: dp_wheel_center:L (Design point)
3. Radius: 10
4. Изменить опции на Boolean.
5. Name: upright:L
6. Symmetric: Left
Далее создадим две сферы. В качестве центра первой будет точка dp_lca_outer:L, а для второй dp_tierod_outer:L. Радиус первой 7.5 мм, второй 10 мм. Остальные настройки на рисунке 6.
Рис.6 – Окно настроек для сфер
Переменные
Создадим переменные углов развала и схождения. На панели Home открываем список под кнопкой Run и выбираем Toe-Camber angle. Далее нажимаем ОК. В нижней панели инструментов, во вкладке Design variable создались две переменные. Также дополнительно создадим переменную dv_drive_shaft_offset со значением 50.
Следующим шагом создадим Design Frame. Вводим имя df_wheel_center. Открываем окно определения (Picker). Выбираем тип Point And Orientation. В качестве точки выбираем dp_wheel_center:L и нажимаем Parent. Открываем окно ориентации и выбираем тип Toe Camber. В качестве значений вводим переменные toe_angle:L и camber_angle:L. Нажимаем Parent и OK. Создадим еще одну систему координат. Вводим имя df_drive_shaft_otr, переходим в окно определения и для Point устанавливаем фильтр Design Frame, затем выбираем df_wheel_center:L. Вводим значение -1.0*dv_drive_shaft_offset:L для координаты Z (выбираем Use delta и Use DF). Переходим к определению ориентации. Устанавливаем фильтр One Direction и нажимаем на кнопку определения (справа в поле ввода данных). Ориентацию будем определять по двум точкам (выбираем соответствующий фильтр и нажимаем кнопку определения). Для первой точки выбираем df_wheel_center:L и вводим значение -1.0*dv_drive_shaft_offset:L. Для второй – выбираем df_wheel_center:L. Нажимаем Parent и OK.
Создаем цилиндр как описано ниже.
1. Bottom Position: df_drive_shaft_otr:L + 50.0 по координате Z (Design Frame; Use Delta; Use DF).
2. Top Position: df_drive_shaft_otr:L (Design Frame).
3. Radius: 30.
4. Name: spindle.
5. Symmetric: Left.
Валы
Переходим к созданию валов. Создаем Design point как показано на рисунке 7.
Рис.7 – Точка для создания вала
Создадим следующие элементы:
Цилиндр:
1. Bottom Position: df_drive_shaft_otr:L (Design Frame)
2. Top Position: dp_drive_shaft_inr:L (Design Point)
3. Radius: 15
4. Symmetric: Left
5. Name: drive_shaft
Сфера:
1. Center Position: df_drive_shaft_otr:L (Design Frame)
2. Radius: 30
3. Меняем опцию создания на Boolean.
4. Name: drive_shaft
5. Symmetric: Left
Сфера:
1. Center Position: dp_drive_shaft_inr:L (Design Point)
2. Radius: 8
3. Name: tripot
4. Symmetric: Left
Стойки
Создаем стойки. Координаты точек показаны на рисунке 8.
Рис.8 – Точки для стоек
Создаем цилиндр:
1. Bottom Position: dp_spring_lwr_seat:L (Design Point)
2. Top Position: dp_top_mount:L (Design Point)
3. Radius: 12
4. Name: upper_strut
5. Symmetric: Left
Подрамник
Далее создадим подрамник. Координаты точек представлены на рисунке 9.
Рис.9 – Точки для подрамника
Создаем 8 элементов:
Цилиндр 1:
1. Top Position: dp_lca_rear:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_subframe_rear:L (Design Point)
3. Radius: 5
4. Name: subframe
5. Symmetric: None
Цилиндр 2:
1. Top Position: dp_lca_front:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_rear:L (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 3:
1. Top Position: dp_subframe_front:L (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_front:L (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 4:
1. Top Position: dp_lca_rear:R (Design Point)
2. Bottom Position: dp_subframe_rear:R (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 5:
1. Top Position: dp_lca_front:R (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_rear:R (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 6:
1. Top Position: dp_subframe_front:R (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_front:R (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 7:
1. Top Position: dp_lca_front:R (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_front:L (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Цилиндр 8:
1. Top Position: dp_lca_rear:R (Design Point)
2. Bottom Position: dp_lca_rear:L (Design Point)
3. Radius: 5
4. Меняем опцию создания на Boolean.
5. Name: subframe
6. Symmetric: None
Создание интерфейсов
Интерфейсы служат для связи с другими подсистемами. Интерфейсы – это главный инструмент, благодаря которому реализована автоматизированное создание моделей.
Перед созданием интерфейсов создадим две сферы:
Сфера 1:
1. Center Position: dp_tierod_inner:L (Design point)
2. Radius: 10
3. Name: mt_tierod_to_steering
4. Symmetric: Left
Сфера 2:
1. Center Position: dp_drive_shaft_inr:L (Design point)
2. Radius: 10
3. Name: mt_tripot_to_differential
4. Symmetric: Left
Далее создадим интерфейсы для двух типов элементов. Переходим в свойства тела mt_tierod_to_steering (левого или правого). Внизу диалогового окна ставим галочку в чек-боксе Interface и нажимаем ОК. Интерфейсы создадутся автоматически для симметричных элементов. Аналогично выполняем для тела mt_tirpot_to_differential.
Далее необходимо указать имена тел, с которыми будут связываться наши элементы. На вкладке Home нажимаем Interface. В диалоговом окне вводим имя rack для тел mt_tierod_to_steering, а для тел mt_tirpot_to_differential вводим имена diff_output:L/R соответственно (см. Рис.10).
Рис. 10 – Определение имен тел для интерфейсов
Создание шарниров
- Fixed:
- Base: Ground.
- Action: subframe.
- Position: устанавливаем фильтр Multi Point Center и выбираем четыре точки: dp_lca_front:L, dp_lca_front:R, dp_lca_rear:L и dp_lca_rear:R.
- Name: fix_subframe_rigid.
- OK.
- Revolute (subframe – lower_control_arm:L):
- Base: subframe.
- Action: lower_control_arm:L.
- Position: устанавливаем фильтр Multi Point Center и выбираем две точки: dp_lca_front:L, dp_lca_rear:L.
- Ось Z: устанавливаем фильтр Two Point, выбираем dp_lca_rear:L как первую точку и dp_lca_front:L как вторую.
- Symmetric: Left.
- Name: rev_lc.
- OK.
- Revolute (uprignt – spindle):
- Base: upright:L.
- Action: spindle:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design Frame и выбираем df_wheel_center:L.
- Ось Z: устанавливаем фильтр Design Frame, выбираем df_wheel_center:L.
- Symmetric: Left.
- Name: rev_spindle_upright.
- OK.
- Translational (mt_tirpot_to_differential:L):
- Base: mt_tirpot_to_differential:L.
- Action: tripot:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_drive_shaft_inr:L.
- Ось Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_drive_shaft_inr:L (1) и dp_drive_shaft_inr:R (2).
- Symmetric: Left.
- Name: tran_tripot_to_differential.
- OK.
- Cylindrical (upper_strut – upright):
- Base: upper_strut:L.
- Action: upright:L.
- Position: устанавливаем фильтр Multi Point Center и выбираем dp_top_mount:L и dp_strut_lwr_mount:L.
- Ось Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_strut_lwr_mount:L (1) и dp_top_mount:L (2).
- Symmetric: Left.
- Name: cyl_strut.
- OK.
- Ball (upright – tierod)
- Base: upright:L.
- Action: tierod:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_tierod_outer:L.
- Name: ball_tierod_outer.
- OK.
- Ball (lower_control_arm – upright):
- Base: upright:L.
- Action: tierod:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_tierod_outer:L.
- Name: ball_tierod_outer.
- OK.
- Universal (Ground – upper_strut)
- Создаем дополнительную систему координат: Name – df_top_mount_ext; фильтр - Design Point; Point: dp_top_mount:L, Delta Z = 50; Orientation: фильтр - Euler Angle, тип – ZXZ (0, 0, 0). OK.
- Base: Ground.
- Action: upper_strut:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_top_mount:L.
- Base X: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_top_mount:L (1) и df_top_mount_ext:L (2).
- Action X: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_top_mount:L (1) и dp_strut_lwr_mount:L (2).
- Name: univ_top_mount_kinematic.
- Constant Velocity (drive_shaft – tripot):
- Base: drive_shaft:L.
- Action: tripot:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_drive_shaft_inr:L.
- Base Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_drive_shaft_inr:L (1) и df_drive_shaft_otr:L (2).
- Action Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_drive_shaft_inr:L (1) и dp_drive_shaft_inr:R (2).
- Orthogonal: 0, 0, 1.
- Name: conv_drive_sft_int_jt.
- OK.
- Constant Velocity (spindle – drive_shaft):
- Base: spindle:L.
- Action: drive_shaft:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем df_drive_shaft_otr:L.
- Base Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем df_drive_shaft_otr:L (1) и dp_wheel_center:L (2).
- Action Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем df_drive_shaft_otr:L (1) и dp_drive_shaft_inr:L (2).
- Orthogonal: заходим и нажимаем OK.
- Name: conv_drive_sft_otr.
- OK.
- Constant Velocity (mt_tierod_to_steering – tierod):
- Base: mt_tierod_to_steering:L.
- Action: tierod:L.
- Position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_tierod_inner:L.
- Base Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_tierod_inner:L (1) и dp_tierod_inner:R (2).
- Action Z: устанавливаем фильтр Two Points, выбираем dp_tierod_inner:L (1) и dp_tierod_outer_L (2).
- Orthogonal: заходим и нажимаем OK.
- Name: conv_tierod_inner.
- OK.
Создание сил (Force)
Под силами в ANSYS Motion (как и в аналогичном ПО) подразумеваются: упруго-диссипативные элементы (пружины, демпферы), отбойники, сайлентблоки. Приступим к определению сил.
- Spring (upright – upper_strut):
- Выбираем файл vm_0001.cpfsxml, который расположен в папке Spring (имеется возможность изменения свойств).
- Base: upright:L.
- Action: upper_strut:L.
- Base position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_spring_lwr_seat:L.
- Action position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_top_mount:L.
- Name: spr_ride_spring.
- OK.
- Damper (upright – upper_strut):
- Выбираем файл vm_0001.cpfdxml.
- Base: upright:L.
- Action: upper_strut:L.
- Base position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_strut_lwr_mount:L.
- Action position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_top_mount:L.
- Name: dam_ride_ damper.
- OK.
- Bumpstop (upright – upper_strut):
- Выбираем файл vm_0001.cpfbsxml.
- Base: upper_strut:L.
- Action: upright:L.
- Base position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_top_mount:L.
- Action position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_strut_lwr_mount:L.
- Name: bump_ride_bumpstop.
- OK.
- Reboundstop (upright – upper_strut):
- Выбираем файл vm_0001.cpfrbsxml.
- Base: upper_strut:L.
- Action: upright:L.
- Base position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_top_mount:L.
- Action position: устанавливаем фильтр Design point и выбираем dp_strut_lwr_mount:L.
- Name: reb_ride_reboundstop.
- OK.
Если необходимо создать сайлентблок (Bushing), то для этого выбираем или создаем файл со свойствами в формате *.cfpfbxml. Далее выбираем Base и Action привязки. Затем определяем расположение (position), симметрию и название.
В результате должен получится шаблон, представленный на рисунке 11. Данный шаблон параметризован и может быть использован совместно с моделями других подсистем (например, кузов, шины, привод и.т.д.).
Рис.11 – Модель (шаблон) подвески типа Macpherson
Выводы
- В статье представлено пошаговое описание процесса создания шаблонов подвески для ANSYS Motion Car.
- В ходе работы приобретаются навыки работы с основными инструментами ANSYS Motion такими как создание точек, систем координат, шарниров и т.д.
- Полученная модель может быть использована для шаблонного моделирования автомобиля, процесс которого будет описан в следующей части.
- цитата
- 1140 просмотров
Добавить комментарий