一种基于衬套的准柔性体离散化悬架建模方法与流程

本发明属于汽车悬架技术领域，尤其涉及到一种基于衬套的准柔性体离散化悬架建模方法。

背景技术

刚柔耦合系统动力学是指当多体系统中物体变形对运动的影响不容忽略时，采用柔性多体模型替代刚体模型，并且考虑刚柔耦合效应的柔性多体系统动力学，主要研究柔性体的变形与其大范围空间运动之间的相互作用或相互耦合，以及这种耦合导致的动力学效应。随着国民经济和国防技术的发展，对于很多工程问题，单纯的多刚体系统模型与实际相差甚远，满足不了工程精度要求，必须同时考虑部件大范围运动和构件本身变形的相互耦合作用，因此，对刚柔耦合系统动力学建模研究具有重要意义。目前，在动力学分析软件中建立柔性体的方法主要由如下3种：①离散法，将一个构件离散成许多段刚性构件，用柔性梁连接；②自动柔性化法，直接在动力学软件中建立柔性体的模态中性文件，再用柔性体来替代原来的刚体文件；③引入模态中性文件法，利用有限元软件进行网格划分和模态计算后，得到模态中性文件，再将其直接读入动力学分析软件。由于离散法与自动柔性化法只适用于结构相对简单的构件，所以，在工程实际中对于结构形状比较复杂的零件，通常用有限元分析软件建立柔性体，但在设计初级阶段，随着硬点的反复调整改进，重新设计模型并完成柔性体的建立将会是一项很费时的工作，操作不便，效率低下，难以满足工程实际需求。针对上述问题，提出了一种使用衬套来对薄板类单元进行模拟的准离散化方法进行悬架建模。

技术实现要素：

本发明为解决现存技术中无法高效、精确的建立悬架刚柔耦合动力学仿真模型，提出了一种使用衬套来对薄板类单元进行模拟的准离散化方法进行悬架建模。该建模方法操作简单，能准确快速的建立悬架刚柔藕合动力学模型，并将动力学模型应用于仿真分析，应用证明该建模方法具有很好的应用价值。

本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种基于衬套的准柔性体离散化悬架建模方法，包括以下步骤：

建模、装配、获取参数和导出：在cad软件中建立悬架各部件的三维模型，并装配，测得关键硬点坐标、质量、质心、转动惯量参数，然后将无需柔性化处理的刚性部件的三维模型以parasolid格式一一导出；

准柔性化前处理与导出：需要柔性化处理的刚性部件，在cad软件中利用修剪体命令进行分段处理，再以parasolid格式一一导出；在该步骤中，需柔性化处理的部件，分段后用衬套连接；

三维模型导入adams_car软件并建立多体动力学模型：在adams_car模板建模模块建立悬架各部件的一般部件，将无需柔性化处理的刚性部件的三维模型与切割分段处理后的需要柔性化处理的刚性部件的三维模型均导入adams_car软件，并与建立的一般部件一一对应，施加约束、衬套，构造悬架参数及通讯器；

编辑衬套刚度：根据实际需要编辑衬套刚度；

仿真：开启仿真。

进一步的，切割分段方法为：与其它刚性部件面接触的部分，由于刚性体面的约束，变形量较少，可分为一块，不做细化；不与其它刚性部件面接触的部分，变形量较大，多分块，以求变形量均匀。

进一步的，动力学模型建立包括如下步骤：

首先，在adams_car的模板建模模块，建立一般部件；然后，为建立的一般部件导入几何外形，确定相应位置；根据几何外形及材料属性计算质量、质心、转动惯量；最后给各部件间添加约束副、衬套，建立悬架参数以及输入输出通讯器。

进一步的，将建立好的模型与悬架双柱试验台装配，设置仿真时间及步长，设置仿真时间及步长。

进一步的，编辑衬套刚度中，衬套刚度与三维部件的实际刚度近似。

进一步的，用衬套连接切割后的离散化刚体部件，选取衬套连接位置，编辑衬套各方向刚度。

进一步的，根据仿真结果，判别是否需要进行模型参数修改，若需要进行准柔性体参数修改则返回编辑衬套刚度步骤，若需要进行刚性体参数修改则返回三维模型建模步骤对参数进行修改，若不需要进行参数修改，则输出仿真结果并保存数据文件。

以上技术方案具有以下优点：

与模态综合法柔性体建模方法相比，具有较强的参数化建模能力和建模简便性；与柔性体离散化方法相比，对薄板类零件的仿真精度较高，且由于衬套的各个自由度互不影响，故而在使用其对刚性部件进行离散的时候可有效避免剪切锁死情况的发生。提高了建模效率和精确度，具有很好的工程应用价值。

本发明通过对衬套刚度的设置，得到仿真优化结果，从而对模型的参数进行优化选取起指导作用。

本发明的刚柔耦合模型的参数化建模方法，在某型号公交车仿真优化中进行了实例应用，应用证明该建模方法具有很好的应用价值。

附图说明

图1是本发明涉及到的一种基于衬套的准柔性体离散化悬架建模方法的流程图；

图2是本发明实施例涉及到的公交车后悬架动力学仿真模型图。

附图标记如下：

1-单片式钢板弹簧分割后用衬套连接，2-车架，3-推力杆总成，4-空气弹簧上支架，5-减振器上支架，6-减振器，7-空气弹簧，8-空气弹簧下支架，9-减振器下支架，10-下横梁，11-双柱试验台，12-车桥。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的具体实施方式不限于此。

结合附图2，一种基于衬套的准柔性体离散化悬架建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

建模、装配、获取参数和导出：在cad软件中建立悬架各部件的三维模型，并装配，测得关键硬点坐标、质量、质心、转动惯量参数，然后将无需柔性化处理的刚性部件的三维模型以parasolid格式一一导出；

准柔性化前处理与导出：需要柔性化处理的刚性部件，在cad软件中进行切割分段方法进行处理，再以parasolid格式一一导出；在该步骤中，需柔性化处理的部件，分段后用衬套连接；

三维模型导入adams_car软件并建立多体动力学模型；在adams_car模板建模模块建立悬架各部件的一般部件(generalpart)，将无需柔性化处理的刚性部件的三维模型与切割分段处理后的需要柔性化处理的刚性部件的三维模型均导入adams_car软件，并与建立的一般部件一一对应，施加约束、衬套，构造悬架参数及通讯器；

编辑衬套刚度：根据实际需要编辑衬套刚度；

仿真：开启仿真。将建立好的模型与悬架双柱试验台装配，设置仿真时间及步长，设置仿真时间及步长。根据仿真结果，判别是否需要进行模型参数修改，若需要进行准柔性体参数修改则返回编辑衬套刚度步骤，若需要进行刚性体参数修改则返回三维模型建模步骤对参数进行修改，若不需要进行参数修改，则输出仿真结果并保存数据文件。

切割分段方法为：与其它刚性部件面接触的部分，由于刚性体面的约束，变形量较少，可分为一块，不做细化；不与其它刚性部件面接触的部分，变形量较大，多分块，以求变形量均匀。仿真包括如下步骤：首先，在adams_car的模板建模模块，建立一般部件；然后，为建立的一般部件导入几何外形，确定相应位置；根据几何外形及材料属性计算质量、质心、转动惯量；最后给各部件间添加约束副、衬套，建立悬架参数以及输入输出通讯器。

该建模方法与模态综合法柔性体建模方法相比，具有较强的参数化建模能力和建模简便性；与柔性体离散化方法相比，对薄板类零件的仿真精度较高，且由于衬套的各个自由度互不影响，故而在使用其对刚性部件进行离散的时候可有效避免剪切锁死情况的发生。此外，通过对衬套刚度的设置，得到预期仿真优化结果，从而在对模型进行优化设计时起指导作用。

实施例1

结合附图1和2所示，本实施例包括如下步骤:

步骤一，通过cad软件，如ug对某型号8.5t后悬架进行建模，把悬架各部分按照一定的装配关系建好；

该步骤主要是要确保各部件准确的装配位置，以便导入adams_car中各部件相对位置的定义；

步骤二，由于单片式钢板弹簧1变形量较大，不可视为刚性体，切割分段后，再以parasolid格式导出，除钢板弹簧外的其它所有部件变形量微小，可忽略不计，故可视为刚性体的部件，直接以parasolid格式导出；

该步骤主要是将钢板弹簧在ug中用修剪体方法分成16块，其中与气囊下支架和减振器下支架9接触的部分作为一块，与上下盖板接触的部分作为一块，其余部分等分为14块，然后以parasolid格式导出；

步骤三，在adams_car模板建模中建立一般部件(generalpart)，导入cad软件导出的几何外形与建立的一般部件一一对应，分别有分割后的单片式钢板弹簧1，车架2，推力杆总成3，空气弹簧上支架4，减振器上支架5，空气弹簧下支架8，减振器下支架9，下横梁10，车桥12。然后在adams_car模板建模模块建立减振器6和螺旋弹簧，然后切换到adams_car的标准界面，将螺旋弹簧替换成空气弹簧7，并建立双柱试验台11。该步骤主要是定义一般部件的位置，采用所建立的一般部件对应的几何外形质心坐标作为位置信息来定义一般部件的位置。各部件质心在ug软件中测得。对于步骤二中分割的16个质量块也要建立对应的一般部件(generalpart)；

步骤四，编辑刚性部件的质量，质心及转动惯量(可通过系统计算几何外形和材料参数获得)，对悬架刚性部件模型施加连接副、衬套，构造悬架参数，建立悬架输出输入通讯器；

步骤五，离散部件用衬套连接，以衬套刚度来近似替代模型刚度，以此作为承载元件；

在定义衬套前，要先在每个衬套的安装处建立硬点坐标，方便衬套定义位置，坐标信息在ug软件中测得。

步骤六，根据实际需要编辑衬套刚度，以与实际刚度达到近似；

步骤七，开启仿真，得到仿真结果，用该方法，以某型号8.5t后悬架为例，可以很好完成仿真。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。