Моделирование систем автомобиля в ANSYS Motion. Часть 3. Motion vs Mechanical

Моделирование систем автомобиля в ANSYS Motion. Часть 3. Motion vs Mechanical

В первых частях были рассмотрены возможности моделирования систем автомобиля в ANSYS Motion с использованием набора инструментов Car, а именно создание собственных шаблонов и полное моделирование автомобиля.

В данной статье представлены результаты моделирования подвески автомобиля (см. рисунок 1) в ANSYS Motion и ANSYS Mechanical и сравнение данных инструментов при использовании их для анализа кинематики и динамики различных механизмов.

Рис.1 – Модель подвески

Подготовка модели

Процесс создания расчетной модели в данных продуктах схож (относительно данной задачи):

• Импорт геометрии
• Создание вспомогательных элементов (системы координат, точки, функции и т.д.)
• Определение шарнирных связей
• Определение нагрузок и ограничений
• Настройка решателя

Однако стоит отметить, что при создании шарнирных связей в ANSYS Motion приходится дополнительно создавать наборы Faceset для каждого шарнира, что занимает определенное время. С учетом этого время для подготовки расчетной модели в ANSYS Motion займет больше времени, чем в ANSYS Mechanical.

В каждой модели было создано 56 шарниров (38 – Fixed, 12 – Spherical (Ball), 6 – Revolute). Формулировки шарнирных связей одинаковы, но стоит отметить, что в ANSYS Motion имеется возможность определения коэффициентов трения, в то время как в Mechanical данная опция доступна только в модуле RBD (в Transient определяется автоматически). Стабилизатор поперечной устойчивости представлен как упругое тело (узловое в Mechanical и узловое EasyFlex в Motion). Колеса перемещаются в противофазе по закону:

F(t) = ±50 * sin(2*π*t)

Риc.2 – Расчетная модель в ANSYS Mechanical

Рис.3 – Расчетная модель в ANSYS Motion

Настройка решателя

Шаг интегрирования для моделей определялся по высшей собственной форме колебаний и равен 1Е-4. Численное демпфирование 0,1. Допустимая погрешность сходимости Ньютона-Рафсона 0,001. Время моделирования: 1 секунда.

Результаты и их обсуждение

 В таблице 1 представлены основные параметры моделей, настройки решателей и результаты. На рисунках 4, 5 представлены зависимости силы реакции в шарнире нижний рычаг – ступица от времени.

Таблица 1 – Сравнение результатов

Рис.4 – Зависимость силы реакции в шарнире от времени (Mechanical)

Рис.5 – Зависимость силы реакции в шарнире от времени (Motion)

Для решения поставленной задачи Motion потребовалось 38 минут, а Mechanical потребовалось более 16 часов. При этом видно, что качественно результаты совпадают. Разница в численных результатах объясняется различными жесткостями шарнирных связей, которые подбираются автоматически. Для достижения точного решения рекомендуется выполнять «тонкую» настройку моделей, в том числе и настройку жесткости шарнирных связей исходя из реальной конструкции.

Рисунок 6 – Анимация результатов

Вывод

В данной работе была решена задача моделирования подвески автомобиля. Проведено сравнение ANSYS Motion и ANSYS Mechanical в части решения задач динамики абсолютно жестких и упругих тел. На практике показано, что решатель Motion прекрасно справляется с задачами с большим количеством разреженных матриц (шарниры и контакты). Также стоит отметить, что на подготовку моделей в Motion уходит больше времени из-за необходимости определения регионов для шарниров и контактов, однако данное неудобство компенсируется большим количеством функций и инструментов, предназначенных для достижения точных результатов. Кроме того, серьезными преимуществами ANSYS Motion являются возможности совместного моделирования на системном уровне, что делают его незаменимым инструментом при решении междисциплинарных задач, создании виртуальных стендов, полигонов и цифровых двойников.