CATIA应用分析在汽车吊具设计中的应用

52CATIA是功能强大的集成软件，其在机械设计和曲面设计等方面功能强大，但这些功能只是CATIA强大功能的一部分。对于机械设计者来说，CATIA的自动网格划分和有限元分析功能具有很大的方便性。在产品设计完成后，对于产品能否满足应力和应变要求,能否满足各种行业标准和规范要求,就需要对设计产品进行应力和应变分析。CATIA能够方便快捷的实现分析，有助于产品的开发设计。对于新的设计模型，设计者可以方便地了解结构的应力应变情况，随时改进结构。设计者可以在CATIA这一平台上快速方便地完成设计。文章利用CATIA对汽车吊具进行数字建模，并利用摘要为设计出能够满足吊运汽车车体所需要的吊具，文章介绍了CATIA的应力分析功能在汽车吊具设计中的应用。应用CATIA软件建立吊具的数字模型，并应用CATIA的自动网格划分和有限元分析功能对建立的数字模型进行应力分析。根据应力分析结果查找到数字模型上的危险点，并针对危险点对数字模型进行结构改进再进行应力分析，最终设计出满足强度要求的吊具。应用结果表明，CATIA的有限元分析功能具有很大的方便性，极大地提高了设计效率。关键词CATIA应力分析汽车吊具CATIAStressAnalysisUsedintheDesignofVehicleSlingAbstract:Inordertodesignavehicleslingtomeettherequirementtoswingthewholevehicle,thispaperintroducestheapplicationofthestressanalysisofCATIAforthedesignofthevehiclesling.WeuseCATIAtoestablishthedigitalmodels.AndweusethefunctionsofautomaticmeshandfiniteelementanalysisofCATIAtomakethestressanalysistodeterminewhethertheslingmeetstherequirementsofstrength.Basedontheresultsoftheanalysis,wecouldfindthedangerouspartssoastoimprovetheslingtomeetactualstressneeds.TheresultsshowusthatCATIAisofgreatconvenienceanditcangreatlyenhancethedesignefficiency.Keywords:CATIAStressanalysisVehiclesling岳彬彬姚文超（哈尔滨哈飞汽车集团）CATIA应力分析在汽车吊具设计中的应用CATIA对数字模型进行分析判断能否满足强度要求，根据分析结果在危险点进行结构改进，设计出能够满足强度要求的吊具。1数字模型的建立及材料设定根据汽车车体吊点的位置，设计出能够满足吊运所需要的吊具结构以及合理的尺寸。在CATIA机械设计模块中，分别建立吊具主体和吊具托盘的数字模型。吊具主体大部分采用钢质圆管。吊具托盘选用方形钢管，圆形钢管外壁直径为70mm，厚度设计为6mm；方形钢管处外壁长为90mm，宽为50mm，厚度为4.5mm。管长设计以满足车体的吊运要求为准。钢材选用20号碳素钢，建立的吊具数字模型，如图1所示。53图1吊具数字模型2模型的约束及加载在CATIA的装配件设计模块中，调入建立的吊具主体和吊具托盘的数字模型并进行约束，在吊具托盘与吊具主体间进行相合约束和联系约束并调整托盘到实际使用位置。完成上述约束调整后，进入CATIA的分析与仿真模块。吊具运行中上部2支点固定在上部牵引链条上，因此对吊具的上部2个支点进行夹紧约束，固定所有的自由度。在吊具支点与吊具主体间使用销子连接,因此采用压力装配连接，防止吊具托盘与吊具主体在销子连接的共同接触面上分离。在实际使用过程中由于3点确定1个面，起吊中很难保证吊具4个支点同时将车体支起，且吊具主体上部支点采用夹紧约束，实际过程中哪3个点先支起车体对计算结果影响不大，所以吊点的加载按车重的1/3进行加载。加载选用分布力在吊点位置进行加载，如图2和图3所示。图2前吊约束及加载图3后吊约束及加载3计算结果分析与改进20号碳素钢在正常工作环境下的屈服强度为2.5×108Pa。选用安全系数为1.5，得到的许用应力为1.67×108Pa。计算过程中的网格划分由CATIA自动完成。初步计算结果应力最大值出现在后吊托盘与吊具主体之间的销接处，最大值为3.19×108Pa（如图4所示），超出许用应力值很大，存在安全隐患。其他位置的最大应力值均能满足许用应力，因此只需对销接处的危险位置进行改进。根据计算模拟可采用以下3种改进方案：1）销孔处钢板的厚度为4.5mm，将此处加厚10mm后的计算结果为1.59×108Pa，能够满足强度要求，如图5所示。2）后吊销孔距托盘后端的距离为40mm，将孔心向前移160mm后的计算结果为1.44×108Pa，能够满足强度要求，如图6所示。3）增大孔径可以减小应力。不改变销孔的位置将孔径由原来的20mm改为30mm后应力减小，但是仍不能满足要求。若钢板再加厚10mm，计算结果为1.3×108Pa，能满足强度要求。第2种方案只是改变销孔的位置，不增加耗材，因此选用这种方案，最终设计出满足需求的汽车吊具。图4初步设计计算结果图图5在危险处加厚10mm计算结果图6将危险处销子前移160mm计算结果4结论通过上述过程可以看出，CATIA的有限元分析功能具有很大的方便性。设计者可以方便地对设计的数字模型进行强度校核。由于CATIA的集成性，数字模型的更改非常方便快捷。在上面吊具的改进方案中，只需对数字模型的局部进行更改后便可以进行再次的分析计算，而且CATIA中的网格自动划分功能对机械设计者来说也十分方便。通过应用CATIA的应力分析，极大地提高了设计效率。（收稿日期：2008-06-28）CATIA应用分析在汽车吊具设计中的应用作者：岳彬彬，姚文超作者单位：哈尔滨哈飞汽车集团刊名：天津汽车英文刊名：TIANJINAUTO年，卷(期)：2008，(7)引用次数：0次本文链接：下载时间：2009年10月29日