Численная оптимизация конструкции передней балки бампера при низкоскоростном ударе
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ 9
1.1 Описание исследуемой задачи 9
1.2 Анализ существующих решений 11
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННОЙ СХЕМЫ 15
2.1 Анализ и выбор вычислительного метода 15
2.2 Построение и тестирование алгоритма 16
2.3 Функция перемещений конечного элемента 18
2.4 Деформация 19
2.5 Напряжения 20
2.6 Функция перемещений 21
2.7 Деформация (полная) 23
2.8 Матрица упругости 24
ГЛАВА 3 ПРОВЕДЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА И КОРРЕКТИРОВКА РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ 26
3.1 Планирование и осуществление вычислительного эксперимента 26
3.2 Модификация моделей 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧИ 9
1.1 Описание исследуемой задачи 9
1.2 Анализ существующих решений 11
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННОЙ СХЕМЫ 15
2.1 Анализ и выбор вычислительного метода 15
2.2 Построение и тестирование алгоритма 16
2.3 Функция перемещений конечного элемента 18
2.4 Деформация 19
2.5 Напряжения 20
2.6 Функция перемещений 21
2.7 Деформация (полная) 23
2.8 Матрица упругости 24
ГЛАВА 3 ПРОВЕДЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА И КОРРЕКТИРОВКА РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ 26
3.1 Планирование и осуществление вычислительного эксперимента 26
3.2 Модификация моделей 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39
Сохранение жизни водителей, пассажиров и пешеходов является важной задачей пассивной безопасности.
Повышение конкурентоспособности автомобильных компаний на прямую связано с использованием систем автоматизированного проектирования, интегрированных в единую производственную систему.
Наука создания автоматизированных методов расчетов развивается в автомобильной промышленности. В ряду самых сложных проблем выступают очень сложные системы информационной поддержки. Для обеспечения жизненного цикла изделий автомобилестроения. Развитие комплексных систем автоматизированного проектирования и производства сдерживается прежде всего отсутствием квалифицированных специалистов, обладающих необходимыми профессиональными знаниями и опытом для деятельности в общей информационной среде.
Необходимость обучения персонала навыкам работы в общей информационной среде определяется уровнем сложности производства.
1. Усложнились сами изделия и особенно процесс согласования отдельных технических решений. Число требований к отдельным элементам изделий и подсистемам возросло, и проверка полноты и непротиворечивости требований вручную стала практически неосуществимой. Поэтому продолжительность проектирования возросла в десятки раз и стала соизмеримой со временем морального и физического старения изделия. Совершенствование ручных методов проектирования уже не успевает за усложнением объектов проектирования. В реальных задачах число факторов, которое должно учитываться в проектировании, т. е. размерность задачи, очень велико.
2. Благодаря научно-техническому прогрессу ускорилась сменяемость элементной базы создаваемых изделий, материалов и технологий изготовления продукции. Так, в производстве ЭВМ за 25 лет элементы на лампах сменились полупроводниковыми элементами, которые в свою очередь были вытеснены микросхемами со все большей концентрацией элементов в одном кристалле.
3. Использование новых научных идей и технологических принципов приводит к неопределенности результатов проектирования, что вызывает необходимость вносить многочисленные изменения на разных стадиях проектирования.
4. Причинами актуальности САПР являются высокая стоимость изделий и требования к их качеству, обусловливающие потребность в оптимизации проектных решений. При ручном проектировании обычно разрабатываются один-два варианта проектов. САПР позволяет просматривать значительно большее число вариантов и отбирать наиболее удачный.
Автоматизированное проектирование является сложным информационным процессом взаимодействия проектировщиков (персонала САПР) и комплекса средств автоматизации проектных работ.
В настоящее время без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, делается трехмерное моделирование изделия и процессов, создается разнообразная оснастка, такие как штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив.
Обучение и повышение квалификации специалистов необходимы из-за того, что рынок САПР постоянно и быстро обновляется: появляются совершенно другие версии систем проектирования отечественного и зарубежного происхождения, ранние версии снимаются с технической поддержки и обслуживания. При таких требованиях, персонал не справляется самостоятельно изучить недавно появившиеся продукты, и они требуются в развитии их знаний.
Объектом исследования является конструкция передней балки бампера.
Предмет исследования - численная оптимизация конструкции передней балки бампера при низкоскоростном ударе путём добавления крашбокса между балкой и лонжероном.
Целью выпускной квалификационной работы является численная оптимизация конструкции передней балки бампера при низкоскоростном ударе при помощи программных продуктов Altair:HyperMesh и Ls-Dyna.
Для достижения цели выпускной квалификационной работы необходимо решить следующие задачи:
• описание постановки задачи;
• разработка численной схемы;
• проведение вычислительного эксперимента.
В выпускной квалификационной работе рассматривается вопрос по разработке crash-бокса с оптимальной толщиной стенок для снижения усилия на лонжерон.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников и приложения.
В первой части бакалаврской работы анализируются преимущества различных программных продуктов для решения данной задачи. Проанализировав преимущество программного продукта LS-DYNA, позволяющие существенно снизить затраты времени на проведение расчётов, доказал их высокую эффективность в автоматизации работ конструкторских и расчётных подразделений.
Во второй части работы описаны формулы метода конечных элементов, для решения поставленной задачи.
В третьей части работы описан расчёт численной оптимизации конструкции стенок crash-бокса бампера при низкоскоростном ударе, при помощи программного продукта LS-DYNA.
В заключении представлены результаты и выводы о выполненной работе.
Итогом выпускной квалификационной работы является разработанная модель крашбокса с оптимальной толщиной стенок с точки зрения снижения усилия на лонжерон при низкоскоростном ударе.
Повышение конкурентоспособности автомобильных компаний на прямую связано с использованием систем автоматизированного проектирования, интегрированных в единую производственную систему.
Наука создания автоматизированных методов расчетов развивается в автомобильной промышленности. В ряду самых сложных проблем выступают очень сложные системы информационной поддержки. Для обеспечения жизненного цикла изделий автомобилестроения. Развитие комплексных систем автоматизированного проектирования и производства сдерживается прежде всего отсутствием квалифицированных специалистов, обладающих необходимыми профессиональными знаниями и опытом для деятельности в общей информационной среде.
Необходимость обучения персонала навыкам работы в общей информационной среде определяется уровнем сложности производства.
1. Усложнились сами изделия и особенно процесс согласования отдельных технических решений. Число требований к отдельным элементам изделий и подсистемам возросло, и проверка полноты и непротиворечивости требований вручную стала практически неосуществимой. Поэтому продолжительность проектирования возросла в десятки раз и стала соизмеримой со временем морального и физического старения изделия. Совершенствование ручных методов проектирования уже не успевает за усложнением объектов проектирования. В реальных задачах число факторов, которое должно учитываться в проектировании, т. е. размерность задачи, очень велико.
2. Благодаря научно-техническому прогрессу ускорилась сменяемость элементной базы создаваемых изделий, материалов и технологий изготовления продукции. Так, в производстве ЭВМ за 25 лет элементы на лампах сменились полупроводниковыми элементами, которые в свою очередь были вытеснены микросхемами со все большей концентрацией элементов в одном кристалле.
3. Использование новых научных идей и технологических принципов приводит к неопределенности результатов проектирования, что вызывает необходимость вносить многочисленные изменения на разных стадиях проектирования.
4. Причинами актуальности САПР являются высокая стоимость изделий и требования к их качеству, обусловливающие потребность в оптимизации проектных решений. При ручном проектировании обычно разрабатываются один-два варианта проектов. САПР позволяет просматривать значительно большее число вариантов и отбирать наиболее удачный.
Автоматизированное проектирование является сложным информационным процессом взаимодействия проектировщиков (персонала САПР) и комплекса средств автоматизации проектных работ.
В настоящее время без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, делается трехмерное моделирование изделия и процессов, создается разнообразная оснастка, такие как штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив.
Обучение и повышение квалификации специалистов необходимы из-за того, что рынок САПР постоянно и быстро обновляется: появляются совершенно другие версии систем проектирования отечественного и зарубежного происхождения, ранние версии снимаются с технической поддержки и обслуживания. При таких требованиях, персонал не справляется самостоятельно изучить недавно появившиеся продукты, и они требуются в развитии их знаний.
Объектом исследования является конструкция передней балки бампера.
Предмет исследования - численная оптимизация конструкции передней балки бампера при низкоскоростном ударе путём добавления крашбокса между балкой и лонжероном.
Целью выпускной квалификационной работы является численная оптимизация конструкции передней балки бампера при низкоскоростном ударе при помощи программных продуктов Altair:HyperMesh и Ls-Dyna.
Для достижения цели выпускной квалификационной работы необходимо решить следующие задачи:
• описание постановки задачи;
• разработка численной схемы;
• проведение вычислительного эксперимента.
В выпускной квалификационной работе рассматривается вопрос по разработке crash-бокса с оптимальной толщиной стенок для снижения усилия на лонжерон.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников и приложения.
В первой части бакалаврской работы анализируются преимущества различных программных продуктов для решения данной задачи. Проанализировав преимущество программного продукта LS-DYNA, позволяющие существенно снизить затраты времени на проведение расчётов, доказал их высокую эффективность в автоматизации работ конструкторских и расчётных подразделений.
Во второй части работы описаны формулы метода конечных элементов, для решения поставленной задачи.
В третьей части работы описан расчёт численной оптимизации конструкции стенок crash-бокса бампера при низкоскоростном ударе, при помощи программного продукта LS-DYNA.
В заключении представлены результаты и выводы о выполненной работе.
Итогом выпускной квалификационной работы является разработанная модель крашбокса с оптимальной толщиной стенок с точки зрения снижения усилия на лонжерон при низкоскоростном ударе.
Из приведенных вычислительных экспериментов можно сделать вывод:
1. Доказано, что при моделировании в HypeMesh и проведении математических расчётов низкоскоростного удара в программе Ls-Dyna, прочность crash-боксов рассчитывается более точно, чем при проведении физического удара.
2. С использованием автоматизированных методов проведения виртуальных испытаний позволяет на стадии проектирования деталей автомобиля, устранить ошибки в разработанной КД (конструкторской документации), что значительно снижает процесс проектирования автомобиля в целом и затраты на проведение физических испытаний и изготовлении более качественного автомобиля.
3. В результате вычислительного эксперимента с использованием программного обеспечения Altair:HyperWorks и Ls-Dyna, применяемого на предприятии ПАО “АВТОВАЗ” в отделе математического моделирования при предоставлении модели “передка” автомобиля “Приора”, был произведен расчёт прочности балки бампера при низкоскоростном ударе(в программе Ls- Dyna) с выбранным материалом (MATL20 - абсолютно жесткий материал, в программе HyperMesh). Произведенный расчет через Ls-Dyna с толщиной crash-бокса в 0.8 мм, 1 мм и 1.2 мм.(для сравнительного анализа), показал что вариант с толщиной 1.2 мм является оптимальным из рассмотренных с точки зрения снижения усилия на лонжерон при низкоскоростном ударе.
4. Исследования, проведенные в рамках данной работы, могут быть использованы при конструировании следующих моделей автомобилей на ПАО “АВТОВАЗ”.
1. Доказано, что при моделировании в HypeMesh и проведении математических расчётов низкоскоростного удара в программе Ls-Dyna, прочность crash-боксов рассчитывается более точно, чем при проведении физического удара.
2. С использованием автоматизированных методов проведения виртуальных испытаний позволяет на стадии проектирования деталей автомобиля, устранить ошибки в разработанной КД (конструкторской документации), что значительно снижает процесс проектирования автомобиля в целом и затраты на проведение физических испытаний и изготовлении более качественного автомобиля.
3. В результате вычислительного эксперимента с использованием программного обеспечения Altair:HyperWorks и Ls-Dyna, применяемого на предприятии ПАО “АВТОВАЗ” в отделе математического моделирования при предоставлении модели “передка” автомобиля “Приора”, был произведен расчёт прочности балки бампера при низкоскоростном ударе(в программе Ls- Dyna) с выбранным материалом (MATL20 - абсолютно жесткий материал, в программе HyperMesh). Произведенный расчет через Ls-Dyna с толщиной crash-бокса в 0.8 мм, 1 мм и 1.2 мм.(для сравнительного анализа), показал что вариант с толщиной 1.2 мм является оптимальным из рассмотренных с точки зрения снижения усилия на лонжерон при низкоскоростном ударе.
4. Исследования, проведенные в рамках данной работы, могут быть использованы при конструировании следующих моделей автомобилей на ПАО “АВТОВАЗ”.
