汽车刹车机构设计中蠕变性能分析电子台秤【新闻】

汽车刹车机构设计中蠕变性能分析

汽车刹车机构设计中蠕变性能分析 2011年12月04日 来源： 摘 要：在汽车零部件设计中，由于成本低廉，重量轻，许多铁件被塑料件代替。有些塑料其性能会随时间和温度变化很大。材料在长时间静载荷作用下，表现为一定的伸展性或形变，而且随时间变化，我们称之为蠕变。在汽车刹车机构设计中，有限元分析技术已证明是非常有用的. 为了确保产品的质量，在设计初期，我们使用了ANSYS强大的材料非线性的功能，对关键部件进行了蠕变性能的分析, 因此我们可以提供给顾客最好的产品。本文报告了如何使用ANSYS分析尼龙件考虑了蠕变的变形。1 介绍我们是设计和生产汽车零配件的公司，在全球范围内为通用，福特，克莱斯乐，尼桑，等汽车配套刹车踏板机构，油门踏板机构，可调式电子油门踏板机构等。在激烈的市场竞争中，我们需要降低产品成本，提高产品质量，缩短产品的开发周期。同步工程的实践显然具有优点，增加了设计的可行性，提高了生产效率 ， 降低了成本。有限元这个工具应该有效地运用在设计开发前期。根据客户要求对产品进行虚拟的试验。非分析导向的设计师应该使用该工具。没有有限元分析，许多零部件的性能，只有在制造出实物模型后才能进行实验验证。问题也只有在这个时期才能发现，设计师才能重新设计，这就加长了产品开发周期。 通用的办法是通过设计以便考虑未知因素，因此导致亚优产品，不是最优产品。有限元分析是我们在设计和研发中必备的工具。对每个新产品，我们都利用有限元分析的技术，在新产品模具制造前，就进行模拟试验过程，对产品进行评判和改进，这样就可以大大减少模具费用，缩短开发周期，降低成本。在众多的有限元分析软件中，ANSYS享有很好的声誉。特别是ANSYS的非线性功能是最完善和强大的。因此我们选用了ANSYS。2 挑战刹车踏板机构中hysteria 是一个槊料件，材料为尼龙66加50%的玻纤。考虑其工作环境，刹车踏板机构必须能在摄氏90度高温下正常工作。 而在这样的高温下，材料蠕变给零件带来的变形应该考虑。蠕变的变形有多大？ 这在设计初期就必须考虑。然而如果通过实际试验来得到其变形大小是不实际的，例如零件在10000小时的变形有多大？只有1年以后才知道。零件在100000小时的变形有多大？只有11年以后才知道。这对产品的设计是不实际的。我们必须在开模具之前，了解变形的大小。3 解决方案解决的方案就是运用ANSYS 进行有限元蠕变变形的分析计算。ANSYS具有许多非线性材料模型，材料蠕变计算方法有隐式和显式两种。隐式方法更快速，准确，适用大变形。Hysteria 件是尼龙66 加50%玻纤,有限元模型和受力及边界条件见图1。常温下弹性模量为12.5GPa, 泊松比为 0.35。图2是摄氏23度，不同应力下蠕变模量与时间的曲线。图3是摄氏120度，不同应力下蠕变模量与时间的曲线。根据我们已有的数据以及要求，我们采用隐式 modified Time Hardening 公式。分别得到在二个不同温度下的二个蠕变方程。ANSYS 提供了曲线拟合的功能。方程的系数是通过曲线拟合得到的。

图1 受力及边界条件

图2 23C蠕变模量与时间的曲线

图3 120C蠕变模量与时间的曲线。

在23C, C1 = 4.339E06, C2 = 1.1664, C3 = -0.9689, C4 = 0.在120C, C1 = 1.5629E06, C2 = 1.3171, C3 = -0.9474, C4 = 0.模型单元为solid187，该分析是静态单件，材料非线性。 计算在戴尔670工作站进行，计算时间约为10分钟。图4是温度在23C，10000小时 位移等高线图。图5是温度在120C，1000小时 位移等高线图。常温下（23），10000小时最大变形是0.45毫米，在120C，1000小时的最大变形是0.47毫米. ANSYS还可以 提供变形的时间历程曲线。这样我们可以方便快捷的得到我们感兴趣的时间变形状态。

图4 23C/10000h 位移等高线图

图5 120C/1000h 位移等高线图

4 效益ANSYS的非线性材料蠕变模型帮助我们预测零件在不同温度下的蠕变，使我们能在产品的设计初期考虑到10年以后的变形，这样就极大的提高了我们产品的质量，缩短了设计周期。在众多有限元软件中，ANSYS的非线性功能是最强的。它可以很好的模拟实际生活中的非线性问题，因此对设计和生产有指导意义，减少成本，加快产品开发周期。[参考文献]1) Kenneth G. Budinski, Michadl K. Budinsk, Engineering Materials, Prentice Hall 2001, Upper Saddle River, New Jersey, Columbus, Ohio2) ANSYS Structural Analysis Guide, Release 8.0, 2003, ANSYS, Inc. Canonsburg, PA(end)

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