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1、ANSYS在汽车零部件设计中的应用本文中非常常具体的的介绍了了Anssys仿仿真软件件在一种种零件中中的应用用。很有有借鉴作作用。 1、 发动机机机体 发动机机机体同同时承受受高着热热负荷和和机械负负荷工作作，本质质上是多多物理场场偶合工工作体，AANSYYS 多多物理场场分析的的功能为为发动机机的分析析提供了了完整的的解决方方案。 ADAAPCOO 公司司用ANNSYSS 详尽尽地进行行了某VV6发动动机机体体的热分分析、结结构分析析、动力力分析和和热结结构耦合合分析（图图1，22）。对对产品开开发作用用特别明明确。 图13 VV6 发发动机实实物 图图14 发动机机整体模模型1.1 柄柄连
2、杆机机构运动动件 活活塞、曲曲柄连杆杆等运动动件是高高热/机机械负荷荷部件，因因为往复复运动，其其质量对对整个发发动机性性能非常常重要。AANSYYS 分分析热和和机械载载荷下的的形状及及应力为为设计提提供依据据。 图3 曲柄柄连杆机机构的柔柔体运动动学、动动力学分分析连杆强度向向来是发发动机设设计关键键，ANNSYSS 柔体体柔体体接触计计算功能能可以准准确模拟拟连杆与与大头盖盖、主销销、曲柄柄销间联联合工作作状况。这这是ANNSYSS 系统统分析功功能和强强大的接接触功能能体现。 ANSSYS 曲轴结结构分析析和模态态分析功功能计算算出曲轴轴扭转与与弯曲模模态，通通过频率率优化达达到减震震
3、效果。AANSYYS 的的疲劳计计算功能能，精确确的计算算曲轴传传统疲劳劳强度，同同时还可可计算出出曲轴的的强度因因子，从从而预测测疲劳裂裂纹的产产生及疲疲劳寿命命。应用用ANSSYS 对曲轴轴轴颈及及油膜进进行流-固耦合合分析评评价高曲曲轴的耐耐磨性。 曲轴连连杆机构构运动件件的重量量优化设设计，不不仅是节节省材料料及发动动机重量量降低，运运动件质质量对改改善发动动机整体体的工作作状况特特别有效效，ANNSYSS 形状状优化的的功能可可以对活活塞内腔腔、活塞塞销孔、连连杆形状状、曲轴轴圆角和和曲柄臂臂尺寸进进行优化化设计。 1.22 机体体： 缸缸盖、箱箱体、缸缸套 机机体、缸缸盖的热热分析
4、特特别重要要，热疲疲劳是失失效和“拉拉缸”主主要原因因，为保保证可靠靠性与耐耐久性，应应用ANNSYSS分析机机械和热热负荷下下的刚度度、强度度是设计计师的首首选。AANSYYS 可可准确地地计算出出机体的的自振频频率及模模态。以以控制噪噪声源。此此外ANNSYSS 可模模拟机体体的热冲冲击实验验、热-结构耦耦合分析析可计算算出机械械负载、热热负荷双双重作用用下机体体的变形形，应力力分布。流流体-结结构偶合合分析轴轴承油膜膜状态进进行润滑滑系设计计等等。 图4 缸盖盖、箱体体分析 图5 上海柴柴油机公公司利用用ANSSYS 热分析析功能模模拟某型号发发动机机机体热冲冲击实验验，根据据分析结结果
5、改进进结构，效效果明确确。 11.3 气机构构： 进进排气门门、气门门弹簧、摇摇臂、推推杆、挺挺杆、凸凸轮轴、正正时齿轮轮 配气气机构影影响发动动机性能能，要求求进行精精确计算算。ANNSYSS 系统统分析能能够考虑虑配气机机构中各各个部件件的弹性性变形，从从而取得得比刚体体假定更更精确凸凸轮-气气门规律律。 图6 大连连机车车车辆厂利利用ANNSYSS 结构构分析找到了构摇摇臂座裂裂纹发生生的原因因。提出出改进方方法。 气门弹弹簧承受受高频交交变载荷荷，伴随随着多气气门设计计的发展展趋势，弹弹簧尺寸寸限制更更大， ANSSYS非非线性瞬瞬态动力力分析及及疲劳分分析的功功能，可可较好地地解决非
6、非线性变变节距弹弹簧高应应力破坏坏及疲劳劳损坏问问题。排排气阀受受高速冲冲击载荷荷、受高高温燃气气冲刷，AANSYYS 热热结构构耦合分分析可仿仿真，热热疲劳分分析预测测可靠性性都是十十分有效效。 图7 进气气螺旋图图 图88 消声声器热分分析图 图9 增压器器涡轮分分析配气机构分分析中存存在着大大量的接接触问题题，ANNSYSS 高级级接触单单元、接接触向导导、智能能化接触触参数设设置的功功能引导导设计工工程师方方便、有有效、快快速地进进行配气气机构的的非线性性分析，解解除了计计算者非非线性参参数选取取试凑的的苦恼，大大大加速速了分析析进度。 1.44 进排排气系： 空气气滤清器器、进排排气
7、道、增增压器、消消声器 进排气气系统的的设计关关系到结结构-热热-流体体-声的的综合作作用，是是典型的的多物理理场问题题。ANNSYSS 计算算流体动动力学可可计算气气道的流流场分布布、压力力分布、温温度分布布、湍流流动能、湍湍流耗散散率，得得到气道道几何形形状对进进气效率率的影响响，；通通过ANNSYSS 独一一无二的的流场优优化功能能，可使使发动机机由于进进排气阻阻力而造造成的功功率损失失减至最最低。 进排气气系是汽汽车噪声声的重要要噪声源源，ANNSYSS 声场场分析和和声场优优化可求求解出声声压分布布及分贝贝级别，通通过对消消声器的的声流流体结结构耦合合的优化化仿真，可可大大降降低排气
8、气噪声、减减小排气气阻力。增增压器涡涡轮有轮轮-轴过过盈配合合、超高高速旋转转、和叶叶片振动动等严格格的工作作条件，AANSYYS 协协助用户户完美解解决了工工程中提提出的多多项技术术问题。 1.55 燃油油供给系系： 油油箱、油油泵、高高压油管管 燃油油喷射和和进气螺螺旋关系系到燃烧烧充分和和排放，AANSYYS 流流体动力力学分析析及优化化功能允允许设计计师在物物理样机机制造之之前考查查多种气气道方案案得到最最优设计计。 国国家已经经禁止化化油器车车销售，电电喷技术术普遍应应用，通通过电控控实现智智能燃油油供给，提提高功率率和控制制排放，AANSYYS 多多物理场场仿真技技术可模模拟电喷喷
9、过程的的“电磁结结构多场场耦合”的的工作状状况，为为电喷系系统的设设计提供供了从性性能评价价到结构构设计的的完整解解决方案案。 图10 散散热片流流-固耦耦合分析析图 图图11 散热器器模态分分析1.6 冷冷却系： 冷却却系设计计焦点是是结构、空空气、水水、油和和热的流流动和传传递过程程，分析析项目主主要是计计算流体体力学和和偶合分分析。AANSYYS 分分析得到到冷却系系统内的的流动、温温度分布布、与结结构壁面面的对流流换热系系数等，从从而为冷冷却系的的设计提提供参数数。 22、 传传动系： 变速速箱、离离合器、万万向节、主主减速器器、差速速器、半半轴、液液力偶合合器与液液力变速速器等传传动
10、系承承担功率率传递功功能，部部件在随随机高载载荷条件件下工作作，强度度震动问问题始终终是主要要矛盾。以以主传动动螺旋伞伞齿轮为为例，过过去FEEM 分分析只能能针对啮啮合过程程的一个个状态分分析，现现在ANNSYSS 可以以在啮合合运动全全过程中中分析齿齿轮对的的强度、刚刚度响应应。因为为分析对对象可以以包含齿齿轮轴和和轴承座座，这就就可能发发现因为为齿轮轴轴或轴承承座刚度度不足而而造成螺螺旋伞齿齿轮对碎碎齿问题题（图112）。 图12 齿齿轮滚动动接触分分析高档汽车采采用液力力变速器器是靠流流体在泵泵轮、导导向轮和和涡轮间间液体耦耦合的相相互作用用工作的的。ANNSYSS 流体体和非线线性流
11、固耦合合的分析析功能，可可预测其其工作性性能与可可靠性。 传动轴轴系统的的扭转振振动是产产品设计计关键，AANSYYS 模模态分析析可准确确的预测测其自振振频率及及振型，指指导设计计。 万万向节密密封套在在大变形形条件下下工作，设设计上寿寿命至少少要求达达到一个个大修期期。韩国国大成公公司采用用ANSSYS 软件对对封套进进行损伤伤寿命及及密封性性能预测测，得出出了不同同的轴交交叉角与与应力关关系曲线线，完好好地解决决了密封封套的寿寿命设计计问题。图图13、114。 图13 图图143、 承载载和行驶驶系： 车身车车架、车车桥、轮轮胎、悬悬挂（前前后桥、钢钢板弹簧簧、减振振器） 汽车承承载和行
12、行驶系是是高负荷荷安全结结构，可可靠性特特别重要要，所以以强度分分析地位位特别突突出。AANSYYS 全全面多样样单元库库和多种种分析功功能及强强大的前前后处理理能力的的能力为为承载系系和行驶驶系的分分析提供供了完整整、方便便的解决决方案。采采用ANNSYSS 进行行非线性性柔体运运动学、动动力学仿仿真和优优化设计计，可将将设计水水平推上上一个新新的层次次。 车车架和车车身结构构，基本本是由梁梁组件焊焊接（铆铆接）而而成，分分析中常常应使用用梁单元元模型。AANSYYS 有有梁断面面几何参参数生成成和记忆忆单元的的断面形形状功能能、按真真实断面面形状显显示梁单单元，后后处理中中能在断断面上显显
13、示应力力结果、按按工程习习惯绘制制弯矩图图等极大大方便了了梁系模模型应用用。 现现代车身身车架的的设计应应充分考考虑碰撞撞过程的的能量吸吸收能力力，以提提高汽车车的被动动安全性性。ANNSYSS 的冲冲击碰撞撞模拟功功能及非非线性屈屈曲的分分析功能能，是车车身车架架吸能件件设计、刚刚度分配配设计的的标准软软件。 图15 双双层客车车计算模模型用梁梁单元模模拟骨架架图166 车架架全壳体体单元分分析模型型在车轮的设设计中，车车轮的轮轮毂、轮轮辋和轮轮胎的非非线性分分析是十十分关键键的。采采用ANNSYSS的复合合材料多多层实体体单元技技术在保保证轮胎胎求解同同等精度度的同时时计算成成本大幅幅度下
14、降降。 图17 AANSYYS 上上海办事事处直接接造型的的车轮模模型。图图18 北京化化工大学学采用AANSYYS分析发现潜潜在问题题，根据据计算结结果调整整了一些些几何参参数，使使其满足足了强度度及疲劳劳寿命条条件。完完成了某某子午线线轮胎的的三维非非线性计计算，取取得了与与地面接接触状态态下，各各层材料料的应力力分布。 悬架的的设计中中，ANNSYSS 的柔柔体运动动学、动动力学仿仿真比以以往的刚刚体假设设计算更更加真实实地反应应了悬架架的动力力特性；ANSSYS 非线性性优化设设计的功功能，可可方便地地设计出出符合非非线性力力位移移曲线的的悬挂弹弹簧；流流场计算算、流固耦合合分析可可保
15、证液液压式减减振器的的可靠性性。 别别克轿车车弹簧是是变线径径、变节节距、变变节圆半半径、下下端套有有塑料的的复杂结结构，代代表了当当前最先先进、最最复杂的的弹簧设设计。中中国弹簧簧厂在设设计该弹弹簧过程程中，为为达到非非线性的的力位位移曲线线，利用用ANSSYS 进行优优化设计计，一个个月内就就设计出出了符合合要求的的弹簧。图图20 图211。 图19 后后悬架的的柔体动动力学分分析 图图20 前悬挂挂弹簧 图211 应力力分布4、 转向向系与制制动系： 动力力转向设设计中，AANSYYS 的的流体分分析可计计算出管管路中流流经各阀阀门、油油罐、油油泵等处处的油液液流量、压压力，流流固耦耦合
16、分析析可计算算出动力力油缸活活塞的运运动及应应力，从从而保证证转向特特性。 制动是是一个重重要噪声声源，制制动器本本身的振振动也影影响其工工作的可可靠性与与稳定性性，ANNSYSS 的矩矩阵单元元和约束束方程的的手段，允允许添加加阻尼和和方程约约束，从从而方便便地建立立更符合合实际的的制动器器摩擦耦耦合模型型，进行行模态分分析可对对制动器器的尖叫叫倾向进进行估评评，从而而抑制制制动噪声声。 清清华大学学用ANNSYSS 建立立了制动动器摩擦擦耦合模模型，研研究得出出摩擦耦耦合系数数对制动动尖叫趋趋势的影影响以及及抑制、消消除尖叫叫的解决决方法。图图22 为制动动器有限限元模型型，图223 为为
17、制动盘盘变形。 图22图223 图图24 流体流流迹5、 座椅椅、仪表表板总成成 座椅椅设计不不单是舒舒适性，相相关的安安全性标标准规定定了座椅椅对乘员员保护的的严格要要求，座座椅大变变形计算算成为常常规的分分析；采采用ANNSYSS 非线线性计算算功能，进进行碰撞撞过程中中座椅靠靠背和头头枕对乘乘员保护护性能进进行评判判，已通通过相应应标准。 清华大大学用AANSYYS 软软件对座座椅进行行非线性性大变形形计算，与与试验结结果的对对比发现现，计算算与试验验间的误误差只有有2.88。 图25 计计算位移移与试验验结果的的对比6、 汽车车电子、电电器 现现代汽车车已从单单一的机机械产品品变为机机
18、电产品品，ABBS、电电子喷射射、微机机电系统统已占到到相当的的比例。AANSYYS 多多物理场场仿真的的能力，在在汽车汽汽车电子子、电气气领域有有广泛的的应用。 柏林工工业大学学利用AANSYYS 开开发测量量内燃汽汽缸压力力的微机机电传感感器，图图26为为封装好好的薄膜膜电阻传传感器芯芯片的热热应力分分布。 Collibrri PPro Devveloopmeent AB 公司利利用ANNSYSS 开发发MEMMS 陀陀螺，用用于高级级汽车的的悬挂控控制传感感器及自自动驾驶驶导航系系统。图图27是是陀螺压压电梁在在共振时时的电压压分布以以及结构构中4 微米宽宽接头处处的应力力集中。接接头的设设计通过过优化，保保证了足足够弹性性。 图26 图图27