1、ANSYS在汽車零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用本文中非常常具體的的介紹了了Anssys仿仿真軟件件在一種種零件中中的應(yīng)用用。很有有借鑒作作用。 1、 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī)體 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī)體同同時(shí)承受受高著熱熱負(fù)荷和和機(jī)械負(fù)負(fù)荷工作作，本質(zhì)質(zhì)上是多多物理場場偶合工工作體，AANSYYS 多多物理場場分析的的功能為為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的分析析提供了了完整的的解決方方案。 ADAAPCOO 公司司用ANNSYSS 詳盡盡地進(jìn)行行了某VV6發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)體體的熱分分析、結(jié)結(jié)構(gòu)分析析、動(dòng)力力分析和和熱結(jié)結(jié)構(gòu)耦合合分析（圖圖1，22）。對(duì)對(duì)產(chǎn)品開開發(fā)作用用特別明明確。 圖13 VV6 發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)實(shí)物 圖圖14 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)整體模模型1.1 柄柄連

2、桿機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)件 活活塞、曲曲柄連桿桿等運(yùn)動(dòng)動(dòng)件是高高熱/機(jī)機(jī)械負(fù)荷荷部件，因因?yàn)橥鶑?fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)，其其質(zhì)量對(duì)對(duì)整個(gè)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)性性能非常常重要。AANSYYS 分分析熱和和機(jī)械載載荷下的的形狀及及應(yīng)力為為設(shè)計(jì)提提供依據(jù)據(jù)。 圖3 曲柄柄連桿機(jī)機(jī)構(gòu)的柔柔體運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)、動(dòng)動(dòng)力學(xué)分分析連桿強(qiáng)度向向來是發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵，ANNSYSS 柔體體柔體體接觸計(jì)計(jì)算功能能可以準(zhǔn)準(zhǔn)確模擬擬連桿與與大頭蓋蓋、主銷銷、曲柄柄銷間聯(lián)聯(lián)合工作作狀況。這這是ANNSYSS 系統(tǒng)統(tǒng)分析功功能和強(qiáng)強(qiáng)大的接接觸功能能體現(xiàn)。 ANSSYS 曲軸結(jié)結(jié)構(gòu)分析析和模態(tài)態(tài)分析功功能計(jì)算算出曲軸軸扭轉(zhuǎn)與與彎曲模模態(tài)，通通過頻率率優(yōu)化達(dá)達(dá)到減震震

3、效果。AANSYYS 的的疲勞計(jì)計(jì)算功能能，精確確的計(jì)算算曲軸傳傳統(tǒng)疲勞勞強(qiáng)度，同同時(shí)還可可計(jì)算出出曲軸的的強(qiáng)度因因子，從從而預(yù)測測疲勞裂裂紋的產(chǎn)產(chǎn)生及疲疲勞壽命命。應(yīng)用用ANSSYS 對(duì)曲軸軸軸頸及及油膜進(jìn)進(jìn)行流-固耦合合分析評(píng)評(píng)價(jià)高曲曲軸的耐耐磨性。 曲軸連連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件件的重量量優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)，不不僅是節(jié)節(jié)省材料料及發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)重量量降低，運(yùn)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)質(zhì)量對(duì)改改善發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)整體體的工作作狀況特特別有效效，ANNSYSS 形狀狀優(yōu)化的的功能可可以對(duì)活活塞內(nèi)腔腔、活塞塞銷孔、連連桿形狀狀、曲軸軸圓角和和曲柄臂臂尺寸進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化化設(shè)計(jì)。 1.22 機(jī)體體： 缸缸蓋、箱箱體、缸缸套 機(jī)機(jī)體、缸缸蓋的熱熱分析

4、特特別重要要，熱疲疲勞是失失效和“拉拉缸”主主要原因因，為保保證可靠靠性與耐耐久性，應(yīng)應(yīng)用ANNSYSS分析機(jī)機(jī)械和熱熱負(fù)荷下下的剛度度、強(qiáng)度度是設(shè)計(jì)計(jì)師的首首選。AANSYYS 可可準(zhǔn)確地地計(jì)算出出機(jī)體的的自振頻頻率及模模態(tài)。以以控制噪噪聲源。此此外ANNSYSS 可模模擬機(jī)體體的熱沖沖擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)、熱-結(jié)構(gòu)耦耦合分析析可計(jì)算算出機(jī)械械負(fù)載、熱熱負(fù)荷雙雙重作用用下機(jī)體體的變形形，應(yīng)力力分布。流流體-結(jié)結(jié)構(gòu)偶合合分析軸軸承油膜膜狀態(tài)進(jìn)進(jìn)行潤滑滑系設(shè)計(jì)計(jì)等等。 圖4 缸蓋蓋、箱體體分析 圖5 上海柴柴油機(jī)公公司利用用ANSSYS 熱分析析功能模模擬某型號(hào)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī)體熱沖沖擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，根據(jù)據(jù)分析結(jié)結(jié)果

5、改進(jìn)進(jìn)結(jié)構(gòu)，效效果明確確。 11.3 氣機(jī)構(gòu)構(gòu)： 進(jìn)進(jìn)排氣門門、氣門門彈簧、搖搖臂、推推桿、挺挺桿、凸凸輪軸、正正時(shí)齒輪輪 配氣氣機(jī)構(gòu)影影響發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)性能能，要求求進(jìn)行精精確計(jì)算算。ANNSYSS 系統(tǒng)統(tǒng)分析能能夠考慮慮配氣機(jī)機(jī)構(gòu)中各各個(gè)部件件的彈性性變形，從從而取得得比剛體體假定更更精確凸凸輪-氣氣門規(guī)律律。 圖6 大連連機(jī)車車車輛廠利利用ANNSYSS 結(jié)構(gòu)構(gòu)分析找到了構(gòu)搖搖臂座裂裂紋發(fā)生生的原因因。提出出改進(jìn)方方法。 氣門彈彈簧承受受高頻交交變載荷荷，伴隨隨著多氣氣門設(shè)計(jì)計(jì)的發(fā)展展趨勢，彈彈簧尺寸寸限制更更大， ANSSYS非非線性瞬瞬態(tài)動(dòng)力力分析及及疲勞分分析的功功能，可可較好地地解決非

6、非線性變變節(jié)距彈彈簧高應(yīng)應(yīng)力破壞壞及疲勞勞損壞問問題。排排氣閥受受高速?zèng)_沖擊載荷荷、受高高溫燃?xì)鈿鉀_刷，AANSYYS 熱熱結(jié)構(gòu)構(gòu)耦合分分析可仿仿真，熱熱疲勞分分析預(yù)測測可靠性性都是十十分有效效。 圖7 進(jìn)氣氣螺旋圖圖 圖88 消聲聲器熱分分析圖 圖9 增壓器器渦輪分分析配氣機(jī)構(gòu)分分析中存存在著大大量的接接觸問題題，ANNSYSS 高級(jí)級(jí)接觸單單元、接接觸向?qū)?dǎo)、智能能化接觸觸參數(shù)設(shè)設(shè)置的功功能引導(dǎo)導(dǎo)設(shè)計(jì)工工程師方方便、有有效、快快速地進(jìn)進(jìn)行配氣氣機(jī)構(gòu)的的非線性性分析，解解除了計(jì)計(jì)算者非非線性參參數(shù)選取取試湊的的苦惱，大大大加速速了分析析進(jìn)度。 1.44 進(jìn)排排氣系： 空氣氣濾清器器、進(jìn)排排氣

7、道、增增壓器、消消聲器 進(jìn)排氣氣系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)關(guān)關(guān)系到結(jié)結(jié)構(gòu)-熱熱-流體體-聲的的綜合作作用，是是典型的的多物理理場問題題。ANNSYSS 計(jì)算算流體動(dòng)動(dòng)力學(xué)可可計(jì)算氣氣道的流流場分布布、壓力力分布、溫溫度分布布、湍流流動(dòng)能、湍湍流耗散散率，得得到氣道道幾何形形狀對(duì)進(jìn)進(jìn)氣效率率的影響響，；通通過ANNSYSS 獨(dú)一一無二的的流場優(yōu)優(yōu)化功能能，可使使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)由于進(jìn)進(jìn)排氣阻阻力而造造成的功功率損失失減至最最低。 進(jìn)排氣氣系是汽汽車噪聲聲的重要要噪聲源源，ANNSYSS 聲場場分析和和聲場優(yōu)優(yōu)化可求求解出聲聲壓分布布及分貝貝級(jí)別，通通過對(duì)消消聲器的的聲流流體結(jié)結(jié)構(gòu)耦合合的優(yōu)化化仿真，可可大大降降低排氣

8、氣噪聲、減減小排氣氣阻力。增增壓器渦渦輪有輪輪-軸過過盈配合合、超高高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、和葉葉片振動(dòng)動(dòng)等嚴(yán)格格的工作作條件，AANSYYS 協(xié)協(xié)助用戶戶完美解解決了工工程中提提出的多多項(xiàng)技術(shù)術(shù)問題。 1.55 燃油油供給系系： 油油箱、油油泵、高高壓油管管 燃油油噴射和和進(jìn)氣螺螺旋關(guān)系系到燃燒燒充分和和排放，AANSYYS 流流體動(dòng)力力學(xué)分析析及優(yōu)化化功能允允許設(shè)計(jì)計(jì)師在物物理樣機(jī)機(jī)制造之之前考查查多種氣氣道方案案得到最最優(yōu)設(shè)計(jì)計(jì)。 國國家已經(jīng)經(jīng)禁止化化油器車車銷售，電電噴技術(shù)術(shù)普遍應(yīng)應(yīng)用，通通過電控控實(shí)現(xiàn)智智能燃油油供給，提提高功率率和控制制排放，AANSYYS 多多物理場場仿真技技術(shù)可模模擬電噴噴

9、過程的的“電磁結(jié)結(jié)構(gòu)多場場耦合”的的工作狀狀況，為為電噴系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)提供供了從性性能評(píng)價(jià)價(jià)到結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)的的完整解解決方案案。 圖10 散散熱片流流-固耦耦合分析析圖 圖圖11 散熱器器模態(tài)分分析1.6 冷冷卻系： 冷卻卻系設(shè)計(jì)計(jì)焦點(diǎn)是是結(jié)構(gòu)、空空氣、水水、油和和熱的流流動(dòng)和傳傳遞過程程，分析析項(xiàng)目主主要是計(jì)計(jì)算流體體力學(xué)和和偶合分分析。AANSYYS 分分析得到到冷卻系系統(tǒng)內(nèi)的的流動(dòng)、溫溫度分布布、與結(jié)結(jié)構(gòu)壁面面的對(duì)流流換熱系系數(shù)等，從從而為冷冷卻系的的設(shè)計(jì)提提供參數(shù)數(shù)。 22、 傳傳動(dòng)系： 變速速箱、離離合器、萬萬向節(jié)、主主減速器器、差速速器、半半軸、液液力偶合合器與液液力變速速器等傳傳動(dòng)

10、系承承擔(dān)功率率傳遞功功能，部部件在隨隨機(jī)高載載荷條件件下工作作，強(qiáng)度度震動(dòng)問問題始終終是主要要矛盾。以以主傳動(dòng)動(dòng)螺旋傘傘齒輪為為例，過過去FEEM 分分析只能能針對(duì)嚙嚙合過程程的一個(gè)個(gè)狀態(tài)分分析，現(xiàn)現(xiàn)在ANNSYSS 可以以在嚙合合運(yùn)動(dòng)全全過程中中分析齒齒輪對(duì)的的強(qiáng)度、剛剛度響應(yīng)應(yīng)。因?yàn)闉榉治鰧?duì)對(duì)象可以以包含齒齒輪軸和和軸承座座，這就就可能發(fā)發(fā)現(xiàn)因?yàn)闉辇X輪軸軸或軸承承座剛度度不足而而造成螺螺旋傘齒齒輪對(duì)碎碎齒問題題（圖112）。 圖12 齒齒輪滾動(dòng)動(dòng)接觸分分析高檔汽車采采用液力力變速器器是靠流流體在泵泵輪、導(dǎo)導(dǎo)向輪和和渦輪間間液體耦耦合的相相互作用用工作的的。ANNSYSS 流體體和非線線性流

11、固耦合合的分析析功能，可可預(yù)測其其工作性性能與可可靠性。 傳動(dòng)軸軸系統(tǒng)的的扭轉(zhuǎn)振振動(dòng)是產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)關(guān)鍵，AANSYYS 模模態(tài)分析析可準(zhǔn)確確的預(yù)測測其自振振頻率及及振型，指指導(dǎo)設(shè)計(jì)計(jì)。 萬萬向節(jié)密密封套在在大變形形條件下下工作，設(shè)設(shè)計(jì)上壽壽命至少少要求達(dá)達(dá)到一個(gè)個(gè)大修期期。韓國國大成公公司采用用ANSSYS 軟件對(duì)對(duì)封套進(jìn)進(jìn)行損傷傷壽命及及密封性性能預(yù)測測，得出出了不同同的軸交交叉角與與應(yīng)力關(guān)關(guān)系曲線線，完好好地解決決了密封封套的壽壽命設(shè)計(jì)計(jì)問題。圖圖13、114。 圖13 圖圖143、 承載載和行駛駛系： 車身車車架、車車橋、輪輪胎、懸懸掛（前前后橋、鋼鋼板彈簧簧、減振振器） 汽車承承載和行

12、行駛系是是高負(fù)荷荷安全結(jié)結(jié)構(gòu)，可可靠性特特別重要要，所以以強(qiáng)度分分析地位位特別突突出。AANSYYS 全全面多樣樣單元庫庫和多種種分析功功能及強(qiáng)強(qiáng)大的前前后處理理能力的的能力為為承載系系和行駛駛系的分分析提供供了完整整、方便便的解決決方案。采采用ANNSYSS 進(jìn)行行非線性性柔體運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿仿真和優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)，可將將設(shè)計(jì)水水平推上上一個(gè)新新的層次次。 車車架和車車身結(jié)構(gòu)構(gòu)，基本本是由梁梁組件焊焊接（鉚鉚接）而而成，分分析中常常應(yīng)使用用梁單元元模型。AANSYYS 有有梁斷面面幾何參參數(shù)生成成和記憶憶單元的的斷面形形狀功能能、按真真實(shí)斷面面形狀顯顯示梁單單元，后后處理中中能在斷斷面上顯顯

13、示應(yīng)力力結(jié)果、按按工程習(xí)習(xí)慣繪制制彎矩圖圖等極大大方便了了梁系模模型應(yīng)用用。 現(xiàn)現(xiàn)代車身身車架的的設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)充分考考慮碰撞撞過程的的能量吸吸收能力力，以提提高汽車車的被動(dòng)動(dòng)安全性性。ANNSYSS 的沖沖擊碰撞撞模擬功功能及非非線性屈屈曲的分分析功能能，是車車身車架架吸能件件設(shè)計(jì)、剛剛度分配配設(shè)計(jì)的的標(biāo)準(zhǔn)軟軟件。 圖15 雙雙層客車車計(jì)算模模型用梁梁單元模模擬骨架架圖166 車架架全殼體體單元分分析模型型在車輪的設(shè)設(shè)計(jì)中，車車輪的輪輪轂、輪輪輞和輪輪胎的非非線性分分析是十十分關(guān)鍵鍵的。采采用ANNSYSS的復(fù)合合材料多多層實(shí)體體單元技技術(shù)在保保證輪胎胎求解同同等精度度的同時(shí)時(shí)計(jì)算成成本大幅幅度下

14、降降。 圖17 AANSYYS 上上海辦事事處直接接造型的的車輪模模型。圖圖18 北京化化工大學(xué)學(xué)采用AANSYYS分析發(fā)現(xiàn)潛潛在問題題，根據(jù)據(jù)計(jì)算結(jié)結(jié)果調(diào)整整了一些些幾何參參數(shù)，使使其滿足足了強(qiáng)度度及疲勞勞壽命條條件。完完成了某某子午線線輪胎的的三維非非線性計(jì)計(jì)算，取取得了與與地面接接觸狀態(tài)態(tài)下，各各層材料料的應(yīng)力力分布。 懸架的的設(shè)計(jì)中中，ANNSYSS 的柔柔體運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)、動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿仿真比以以往的剛剛體假設(shè)設(shè)計(jì)算更更加真實(shí)實(shí)地反應(yīng)應(yīng)了懸架架的動(dòng)力力特性；ANSSYS 非線性性優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)的功功能，可可方便地地設(shè)計(jì)出出符合非非線性力力位移移曲線的的懸掛彈彈簧；流流場計(jì)算算、流固耦合合分析可可保

15、證液液壓式減減振器的的可靠性性。 別別克轎車車彈簧是是變線徑徑、變節(jié)節(jié)距、變變節(jié)圓半半徑、下下端套有有塑料的的復(fù)雜結(jié)結(jié)構(gòu)，代代表了當(dāng)當(dāng)前最先先進(jìn)、最最復(fù)雜的的彈簧設(shè)設(shè)計(jì)。中中國彈簧簧廠在設(shè)設(shè)計(jì)該彈彈簧過程程中，為為達(dá)到非非線性的的力位位移曲線線，利用用ANSSYS 進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)，一個(gè)個(gè)月內(nèi)就就設(shè)計(jì)出出了符合合要求的的彈簧。圖圖20 圖211。 圖19 后后懸架的的柔體動(dòng)動(dòng)力學(xué)分分析 圖圖20 前懸掛掛彈簧 圖211 應(yīng)力力分布4、 轉(zhuǎn)向向系與制制動(dòng)系： 動(dòng)力力轉(zhuǎn)向設(shè)設(shè)計(jì)中，AANSYYS 的的流體分分析可計(jì)計(jì)算出管管路中流流經(jīng)各閥閥門、油油罐、油油泵等處處的油液液流量、壓壓力，流流固耦耦合

16、分析析可計(jì)算算出動(dòng)力力油缸活活塞的運(yùn)運(yùn)動(dòng)及應(yīng)應(yīng)力，從從而保證證轉(zhuǎn)向特特性。 制動(dòng)是是一個(gè)重重要噪聲聲源，制制動(dòng)器本本身的振振動(dòng)也影影響其工工作的可可靠性與與穩(wěn)定性性，ANNSYSS 的矩矩陣單元元和約束束方程的的手段，允允許添加加阻尼和和方程約約束，從從而方便便地建立立更符合合實(shí)際的的制動(dòng)器器摩擦耦耦合模型型，進(jìn)行行模態(tài)分分析可對(duì)對(duì)制動(dòng)器器的尖叫叫傾向進(jìn)進(jìn)行估評(píng)評(píng)，從而而抑制制制動(dòng)噪聲聲。 清清華大學(xué)學(xué)用ANNSYSS 建立立了制動(dòng)動(dòng)器摩擦擦耦合模模型，研研究得出出摩擦耦耦合系數(shù)數(shù)對(duì)制動(dòng)動(dòng)尖叫趨趨勢的影影響以及及抑制、消消除尖叫叫的解決決方法。圖圖22 為制動(dòng)動(dòng)器有限限元模型型，圖223 為為

17、制動(dòng)盤盤變形。 圖22圖223 圖圖24 流體流流跡5、 座椅椅、儀表表板總成成 座椅椅設(shè)計(jì)不不單是舒舒適性，相相關(guān)的安安全性標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定定了座椅椅對(duì)乘員員保護(hù)的的嚴(yán)格要要求，座座椅大變變形計(jì)算算成為常常規(guī)的分分析；采采用ANNSYSS 非線線性計(jì)算算功能，進(jìn)進(jìn)行碰撞撞過程中中座椅靠靠背和頭頭枕對(duì)乘乘員保護(hù)護(hù)性能進(jìn)進(jìn)行評(píng)判判，已通通過相應(yīng)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 清華大大學(xué)用AANSYYS 軟軟件對(duì)座座椅進(jìn)行行非線性性大變形形計(jì)算，與與試驗(yàn)結(jié)結(jié)果的對(duì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，計(jì)算算與試驗(yàn)驗(yàn)間的誤誤差只有有2.88。 圖25 計(jì)計(jì)算位移移與試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果的的對(duì)比6、 汽車車電子、電電器 現(xiàn)現(xiàn)代汽車車已從單單一的機(jī)機(jī)械產(chǎn)品品變?yōu)闄C(jī)機(jī)電產(chǎn)品品，ABBS、電電子噴射射、微機(jī)機(jī)電系統(tǒng)統(tǒng)已占到到相當(dāng)?shù)牡谋壤?。AANSYYS 多多物理場場仿真的的能力，在在