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底盤開發(fā)之CAE -整車虛擬仿真

2021-09-13 21:53:07·  來源:Vehicle  作者:Pirate Jack  
 
多體力學MBS模型驗證
為了提高仿真的質量和有效性,MBS模型所提供的結果應與以往和現(xiàn)有的實驗結果進行比較。在開發(fā)過程中,為了達到最大的效率和確保系統(tǒng)的最佳功能,測試和仿真部門之間必須有密切的工作關系。
多體模擬和實驗測試的結果可以在多個領域進行比較,如表6-3所示。
NVH
為了達到NVH的目的,可以使用虛擬的四個試驗臺進行低頻(0到25hz)試驗,以確定車身的橫搖、俯仰和偏航頻率以及懸架的固有頻率。圖6-28中的圖表顯示了計算數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)之間的比較。在比較計算數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)時,必須特別注意輪胎接觸面處的邊界條件(不打滑或受限)。表6-4顯示了研究的興奮類型
負載管理(從系統(tǒng)到組件的負載級聯(lián))
為了使用強度計算和隨后的實驗驗證來設計和優(yōu)化底盤部件和系統(tǒng),必須知道準確的橫截面載荷[16]。負載管理包括分解系統(tǒng)級上發(fā)生的負載并確定產(chǎn)生的組件負載。對于底盤系統(tǒng),系統(tǒng)級載荷由車輪力和驅動載荷組成,這兩種載荷通常由車輛制造商定義。部件級包括獨立的底盤部件(控制臂、車輪托架、底盤副車架),其設計需要精確的橫截面載荷。負荷管理中使用的計算方法和過程稱為負荷級聯(lián)。
圖6-29提供了與底盤開發(fā)過程相關的負載管理計算任務、方法、先決條件和結果的摘要。計算過程從左到右顯示。
在系統(tǒng)級,創(chuàng)建和/或測量合成負載和實驗負載(按此順序),以用作MBS仿真中的輸入負載。
計算橫截面荷載,并用于設計構件的結構和操作強度。這些計算出的載荷也可用于驗證試驗。圖6-30中的下一行表示使用測試設備的負載級聯(lián)的替代路徑。這種方法特別昂貴和費時。在大多數(shù)情況下,負載級聯(lián)是使用ADAMS/Car多體仿真軟件的一個版本來執(zhí)行的,該軟件已經(jīng)擴展到包含所需的功能。
MBS軟件允許創(chuàng)建、分析和優(yōu)化車輛模型,與使用原型的耗時實驗運行相比,所需的工作量要少得多。然而,在一個模擬可以被認為是真實的之前,它的結果必須與實驗數(shù)據(jù)相比較。
這些實驗數(shù)據(jù)為保證仿真結果的質量提供了參考。由于在底盤開發(fā)的早期階段既不存在原型軸也不存在實測載荷,因此只能在更高級的階段進行比較。為了評估MBS模型的準確性,還需要精確分析計算的橫截面載荷(對于合成和測量的載荷情況)與車輪力和驅動載荷之間的關系。
實驗確定的力和力矩必須經(jīng)過復雜的前后處理。這是與負載管理相關聯(lián)的主要任務之一。以下段落詳細描述了應應用于MBS模型的荷載、模型驗證比較點的選擇以及荷載數(shù)據(jù)的分析和評估。多體仿真所起的中心作用如圖6-31所示。瞬態(tài)、高動態(tài)道路力和力矩不僅用作軸試驗臺的輸入值,而且還使用相關的虛擬試驗臺應用于MBS軸模型。
為MBS模型加載數(shù)據(jù)
本小節(jié)描述了MBS模型驗證中可用和推薦的荷載和荷載情況。
車輪和發(fā)動機負荷作為模型輸入數(shù)據(jù)
多體仿真驗證的輸入數(shù)據(jù)包括準靜態(tài)和/或動態(tài)載荷情況。為了便于與實驗結果進行比較,并允許使用易于理解的參數(shù)來證明模型的合理性,所使用的荷載應盡可能簡單,例如純垂直車輪力或簡單垂直車輪行程。例如,對于靜態(tài)載荷情況,可以使用應變計精確測量由已知車輪力或彈簧行程距離產(chǎn)生的支柱反作用力,并使用手動計算進行雙重檢查。即使在車軸開發(fā)的早期階段,靜止車輛處于空檔位置或在特定的負載條件下的負載也是已知的,因此非常適合用作仿真模型的驗證負載情況。
模擬模型的行為也必須在動態(tài)載荷條件下進行研究。在大多數(shù)情況下,部件設計時還必須考慮動態(tài)載荷。同樣,用于模型驗證的輸入負載信號應為具有恒定或穩(wěn)定變化頻率的簡單正弦力信號。只要可能,驗證負載情況應該是連續(xù)的,而不是重疊的。例如,應單獨檢查模型對懸架壓縮和制動的響應,而不是作為組合載荷情況。
作為模型輸出數(shù)據(jù)的橫截面荷載
仿真模型提供的輸出數(shù)據(jù)包括規(guī)定連接點處的橫截面載荷(例如兩個部件之間的橡膠襯套、車輪托架與前束連桿的接口等)。當實際測試運行(道路荷載數(shù)據(jù)收集,RLDC)中的荷載可用時,這些橫截面荷載在設計過程的后期進行驗證。使用橫截面載荷作為輸出數(shù)據(jù)需要定義與基于組件的局部坐標系相關的接口。這些接口的定義還必須考慮與測量儀器相關的限制。在非理想情況下,試驗部件載荷數(shù)據(jù)(使用道路模擬試驗臺或在RLDC期間測量)可在與模型基于部件的局部坐標系中的位置不完全相同的測量點處獲取。還必須注意的是,仿真模型中的坐標方向并不總是與測量設備的坐標方向匹配。例如,不可能總是在兩個部件之間的界面的確切中心安裝應變計。
模型驗證比較點
比較點必須位于車軸的不同部分(不重疊),并應選擇使所有三個力方向的獨立驗證成為可能。
張力和/或壓縮中的兩點連接為比較點提供了一個最佳位置,因為應變計可以精確地附著在加載方向上,并且MBS模型中的局部坐標系可以定向以匹配。從這些比較點獲得的測量信號可以根據(jù)輸出是負值還是正值直接轉換為張力或壓縮。實驗結果與模擬結果具有很好的可比性。以下部件適合用作比較點,因為它們很容易安裝傳感器,以測量其在x、y和z方向上的位移或變形:
  • Fx:下控制臂和車輪托架(靠近控制接頭)之間的連接,在后拖拉桿上(如適用)
  • Fy:前束連桿,下控制臂和車輪托架(控制接頭)之間的連接,上控制臂和車輪托架之間的連接(對于雙橫臂懸架系統(tǒng))
  • Fz:支柱(彈簧/減震器系統(tǒng))、下控制臂和車輪托架之間的連接(球節(jié)上的拔出力)和穩(wěn)定桿上的連接。
負荷數(shù)據(jù)的批準和評估
包含模擬和實驗負載與時間函數(shù)的數(shù)據(jù)集通常必須在評估之前進行處理,因為測量數(shù)據(jù)通常包括預加載偏移量。
為了確定仿真的質量,通常使用以下過程分析加載時間數(shù)據(jù)集:
  • 加載時間數(shù)據(jù)的可視化分析
  • 產(chǎn)生功率譜密度(PSD)
  • 分類
  • 根據(jù)Miner法則作為累積損傷的應力對進行損傷計算。
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