Solidworks提供了基于特征的实体建模功能,通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。利用Solidworks软件,可以设计智能汽车车模模型,分析车模的质量和重心。除了整车设计和分析外,还可以利用该软件自行设计车模零件。
如图3.13所示为用Solidworks软件设计的车模 3D模型,如图3.13(a)所示是组装好的C型车模 3D模型,图3.13(b)所示是创意组自主设计的车模 3D模型。
图3.13 Solidworks软件设计的车模 3D模型
Solidworks建模过程如下:
①打开软件,选择“文件”→“新建”,选择零件图如图3.14所示。
图3.14 新建零件
②以拉伸工具为例介绍简单的建模过程。单击“拉伸凸台/基体”→选择一个基准面。如图3.15所示。
图3.15 拉伸及基准面选择
③绘制一个圆,标注尺寸至所有线为黑色(所有线为黑色才是完全定义),共绘制两个圆,单击右上方的“确定”,如图3.16所示。
图3.16 绘制
④设置圆柱体高度为 10mm,再单击右上方的“确定”,得到一个内空的圆柱体,如图3.17所示。
图3.17 拉伸实体
ADAMS是机械系统动力学自动分析软件,可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,设计特定功能的机械结构可以使用该软件。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统几何模型。其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法,建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。图3.18是用ADAMS实现六足机器人步态仿真分析图。
图3.18 ADAMS六足机器人步态仿真
ADMAS建模过程如下:
①单击“New Model”,新建模型,如图3.19所示。
图3.19 建立模型
②弹出“Create New Model”窗口,设置模型名称“Model Name”、重力加速度“Gravity”、单位制“Units”、保存路径“Working Directory”,设置完成单击“OK”按钮,如图3.20(a)所示。
图3.20 模型搭建
③新建连杆Link1:选择连杆“Link”,设置自己想要的长“Length”、宽“Width”、厚“Depth”的值,如图3.20(b)所示。
④同样的方法,新建连杆Link2、连杆Link3、连杆Link4,添加运动副joints1:单击“Connectors”中的转动副,选择机构的两个连杆和一个连接点即可。同样的方法,建立joints2,joints3,joints4。建立驱动Motions:选择“Motions”中的旋转,弹出“Rotational Joint Motion”并设置速度“Speed”,如图3.21所示。
图3.21 机构搭建和驱外力设置
⑤仿真:选择“Simulation”,弹出“Simulation Control”对话框,设置仿真时间“End Time”和步数“Steps”,单击解决方案> >运行,如图3.22所示。
图3.22 仿真查看结果
LaserCAD是激光切割软件,可以操控激光切割机加工所需零件。激光切割机是将从激光器发射出的激光,经光路系统,聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件达到熔点或沸点,同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动,最终使材料形成切缝,从而达到切割的目的。
激光切割加工是用不可见的激光光束代替了传统的机械刀,具有精度高、切割快速、不局限于切割图案限制、自动排版节省材料、切口平滑和加工成本低等特点,激光切割机在智能车车模的底板加工、车模改造、简单零件加工中有广泛应用。由于LaserCAD是专用软件,本小节以亚克力底板切割为例,介绍LaserCAD软件的使用方法:
①电脑连接切割机,安装LaserCAD软件并安装驱动,打开操作界面如图3.23所示。
图3.23 LaserCAD软件操作界面
②选中右上键菜单栏的“文件”,导入文件,切割零件的图纸格式应该为DXF格式,可以利用SolidWorks软件设计零件并直接导出DXF格式的加工图纸直接加工。导入文件界面如图3.24所示。
图3.24 LaserCAD导入文件界面
图3.25 LaserCAD参数设置
③设置切割机切割参数,不同的切割材料对应不同的切割参数。主要参数有最大功率、最小功率和速度三个参数,参数设置过程如图3.25所示。
④加载文件到切割机系统,加载文件界面如图3.26所示。
图3.26 LaserCAD文件加载
ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件,其解决问题的范围涵盖了从相对简单的线性分析到复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库,并拥有各种类型的材料模型库,可以模拟典型工程材料的性能,其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料等。作为通用的模拟工具,ABAQUS可以对智能汽车应力情况进行分析,可以方便设计和选取材料,确保车模强度及车模在运行过程中的稳定性。
车模底盘固定平行板支架受力分析过程如下:
①新建文件,导入底盘平行板支架模型,如图3.27所示。
图3.27 模型创建与导入
②选择“property”,编辑材料属性,创建截面属性,并赋予模型材料参数,如图3.28所示。
图3.28 模型材料属性赋予
③选择“step”,设置分析步,确定输出物理量。创建车模底板支架边界条件,施加载荷,如图3.29所示。
④选择“mesh”进行网格划分,所选用网格越小,则计算结果越准确,同时网格划分的类型也会影响计算结果精度,通常三维实体模型以六面体网格或者四面体网格作为网格目标,如图3.30所示。
⑤选择“job”进行计算,计算结果如图3.31所示。
图3.29 分析步与边界条件设置
图3.30 模型网格划分
图3.31 有限元分析结果
可以利用有限元分析软件,对车模机械机构进行静力学分析、模态分析等。例如上例,利用软件求得底盘平行板支架的Mises(冯·米赛斯)应力和最大形变,进而求得支架能承受的最大载荷。该工程数值方法适用于智能汽车结构设计,利用仿真方法对车模进行静、动力学分析,可以提高车模的安全性能。