整车柔性管线动态仿真分析技术简介
无仿真技术支持,设计初期,则无法对管线进行动态风险评估,实车试验阶段,管线与周围部件更容易发生干涉、磨损,或者管线过度弯扭、卡箍拉脱,以至于内部工作液泄露,造成失效。设计后期,若管线需重新布置,会有更多的设计约束条件,难度更大。因此,整车柔性管线布置与开发,急需开发动态仿真技术。

目前,一种基于Cosserat 弹性杆理论的柔性管线动态仿真分析方法被引入整车管线布置与设计过程中。基于该方法,可以实现整车柔性管线动态仿真分析,在整车开发前期便对柔性管线提供布置与设计数据支持,在无样件和实车的条件下评估管线动态失效风险,大大提高了管线布置与设计的效率。

02、Cosserat弹性杆基础理论
柔性管线的几何形态可由刚性截面沿中心线的移动和转动所体现。以中心线上的一固定点P0为原点建立弧坐标s,以空间中一固定点O建立参考坐标系(O-ξηζ),O点到空间中一点的向量为r,在曲线上任一点P可定义一个依附于曲线的右手坐标系(P-NBT),称为Frenet坐标系,如图1.1所示。其中,T为该点处切线方向的单位矢量,N为该点处法线方向的单位矢量,矢量B由B=T×N得到。在P点建立与刚性截面相固连的主轴坐标系(P-xyz),其中z轴与P点处的切线轴T重合。主轴坐标系x轴与Frenet坐标系的N轴的夹角为θ,θ为截面扭转变形的体现。

设柔性管线中心线为C,选定C上的P0点为起始点,建立沿C的弧坐标s ,C上任意点P的位置由s确定。以固定点O为原点,建立线缆参数化模型的定参考坐标系O-ξηζ,如图1.2所示。矢径r 确定了C上运动节点P的位置,r为s的单值连续可微函数。

矢量r(s)确定了C的空间几何形状,C在P点处的切线矢量T可描述为



Frenet坐标系中,N和B张成的平面(N, B)称为曲线C在P点处的法平面,记为∅。引入时间变量t,C在法平面内随时间t 的演化可表达为偏微分方程

03、工程应用

工程应用范例1:
下图为某车型的轮速传感器线束。在静止状态下,考虑了管线自身的材料特性、扭转情况、重力等因素的CAE仿真线束与CAD设计状态便存在较大差异。

工程应用范例2:
对换气扇的预成型管进行动态仿真,可得到应力与时间的关系曲线,最大应力为85Mpa,可以得出结论:在实车路试振动冲击条件下,冷却模块的冲击变形造成的铝管连接处不会出现强度开裂问题,设计满足要求。

04、应用区域

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