MSC.ADAMS与MSC.Nastran在汽车产品开发中的应用

作者：北汽福田汽车公司 许先锋

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... MSC.ADAMS以其强大的车辆动力学模拟技术广泛应用于悬架系、转向系、动力传动系和整车的运动学、动力学分析，MSC.Nastran以其成熟的有限元计算技术在汽车结构分析中占有重要的地位。结合ADAMS与MSC.Nastran各自的技术优势，联合应用ADAMS与MSC.Nastran进行车辆动力学分析和汽车结构分析是一种新的技术趋势，能为车辆产品开发提供更高精度的计算结果、更深入的分析结论，在产品开发中的作用愈加明显。 1．悬架系与转向系的模拟 在进行车辆动力学的分析中，建立高精度的悬架系与转向系尤为重要，特别是悬架系的刚度、阻尼和运动性能关系到整车的振动特性和操纵稳定性，是建模的重点。在各类悬架的模拟中，板簧的建模较为困难。一般少片簧具有较强的非线性特性，多片簧由于片数多存在模型自由度过大的缺陷，CHASSIS/LEAFSPRING工具包构建的板簧模型精度较差，且与ADAMS/CAR的接口不方便。针对这些问题，我们开发出一套较为完善的板簧建模方法，其模型精度高、自由度少，在各类卡车动力学分析中广泛应用。 2．整车动力学分析 整车动力学分析的基础是建立正确的悬架系、转向系、动力传动系、轮胎模型、路面模型及驾驶员操作指令。对动力传动系而言，若仅考虑其动力输出，可建立较为简单的模型；若详细考虑发动机（不同油门开度下的扭矩、转速特性）、离合器、变速箱的工作过程，需要建立复杂的模型。对轮胎而言，若要进行操纵稳定性分析，需要进行不同载荷、不同胎压下的纵向力与滑移率、侧向力与侧偏角（包括不同外倾角的影响）、回正力扭与侧偏角、径向刚度与载荷的关系测试，利用TNO的MF_TOOL工具包，拟合轮胎的特性；若要进行整车振动分析，则要进行相应的轮胎振动测试，利用SWIFT_TOOL工具包，或F_TYRE工具包，拟合轮胎的特性。对路面而言，模拟任意不平度的路面较为困难，利用专业信号处理软件与自我开发软件相结合，我们开发出一套较为完善的路面生成方法，可以很好地解决这个问题。 3．汽车结构分析 MSC.Nastran在汽车结构分析中应用十分广泛，特别是在车身车架的结构强度、刚度、模态、响应分析中占有重要的地位。车架有限元建模的关键是联接关系（螺栓、铆接、焊接）、悬架的模拟。车身的结构分析较为困难，主要是焊接关系和工况的模拟。利用专业前处理软件，可以建立高质量的网格和进行焊接关系的模拟。车身车架的结构静强度和刚度分析是汽车结构评价的基础，建立车身车架结构静强度分析的边界条件、载荷、结果评价规范是重点；同时在车身车架的结构刚度分析中，不仅要进行整体的刚度评价，还要进行窗框、门框、车门、上下立柱接头等部位的局部刚度评价；模态分析是车身车架动态特性评价的基础，不同的车型对车身车架的固有频率和振型有不同的要求，在车辆开发过程中确定车身车架的模态参数是十分重要的；对于具有车身车架的整车有限元模型，一般是进行模态响应分析，从时间域和频率域两方面对车身车架的结构响应（应力、应变、应变能、加速度等）进行深入的分析。 4．刚柔混合体动力学建模 对于复杂的车辆动态工况，应用有限元软件来计算结构的动力学问题是较为困难的，特别是若机构的运动关系存在非线性特性，还要考查结构在运动过程中的应力，则有限元软件是不能直接处理这类问题的。通过对MSC.Nastran和ADAMS软件的联合应用，可以很好地解决这类问题。利用MSC.Nastran生成ADAMS需要的柔性体，在ADAMS中建立整车刚柔混合动力学模型，模拟任何复杂的动态工况，并将动力学计算结果返回到MSC.Nastran中，深入研究结构的动力学响应。 5．其它应用 MSC.ADAMS与MSC.Nastran不仅在车辆动力学和结构有限元方面应用广泛，而且可以很好地进行振动分析，与疲劳分析软件也有方便的接口，同时在专用车辆上应用也越来越多。 6．结论 MSC ADAMS与MSC.Nastran在福田公司有着十分广泛而深入的应用，CAE已成为产品开发过程中的一个重要环节，是提高设计能力和质量改进能力的重要手段。在对ADAMS和MSC.Nastran深入应用的基础上，结合二者的技术优势，通过对二者的联合应用，可以很好的进行各种复杂工况下的车辆动力学和汽车结构分析，为车辆开发提供更好的技术支持。通过对ADAMS和MSC.Nastran软件在福田公司的长期应用，CAE与产品设计已成为一个有机的整体，在降低产品开发成本、缩短开发周期、提高设计水平、避免设计缺陷等方面发挥了重要作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/25/2005)