Моделирование различных связанных физических явлений, при котором можно учесть несколько порой противоречивых требований, является одной из наиболее важных задач в автомобильной промышленности. Один из примеров подобных расчётов – моделирование резистивного нагрева бокового зеркала автомобиля.
Проектируя нагревательный элемент зеркала, необходимо принять во внимание отклик конструкции на различные воздействия окружающей среды, ведь давление воздуха и низкая температура могут вызвать внутренние напряжения и температурные деформации. Эта задача является типовой для автомобильной промышленности и требует проведения связанных расчётов, которые все ещё являются проблемой для многих программ конечноэлементного расчёта. В этой статье мы расскажем, как инженеры нашей компании SVS FEM использовали ANSYS AIM для моделирования и связанного расчёта бокового зеркала, что позволило решить ряд сложных проблем проектирования.
Проектирование бокового зеркала автомобиля
Большинство вещей вокруг нас являются более сложными, чем мы себе представляем, и боковое зеркало автомобиля – хороший тому пример. Давление воздуха на высокой скорости, динамические свойства конструкции, а также различные материалы, используемые в конструкции зеркала, могут оказывать взаимное влияние. Кроме того, необходимо учитывать прочность конструкции, удобство использования, параметры электрической проводимости, моделировать обогрев зеркал при различных условиях и учитывать теплообмен между зеркалом и потоком воздуха.
Создание виртуального прототипа изделия может сэкономить временные и финансовые расходы на натурные испытания, но многие программы для физического моделирования способны одновременно рассчитывать только одно физическое явление. Мы выбрали AIM за его возможности связанных расчётов, ожидая, что это позволит сэкономить время и получить более точные результаты.
Расчёт потока воздуха
AIM позволил нам решить стационарную задачу обтекания бокового зеркала. Мы использовали симметрию воздушных потоков вокруг моделируемого автомобиля. Полученное динамическое давление воздуха было использовано в качестве нагрузки для расчёта на прочность.
Статический расчёт на прочность и модальный расчёт
Мы приложили давление потока из соответствующего расчёта в качестве граничного условия для расчёта на прочность, а также заранее настроили автоматическую передачу данных из сетки для газодинамического расчёта в сетку для расчёта на прочность. Таким образом были получены напряжения и деформации в стальных и пластиковых несущих деталях, соответствующие заданным скоростям автомобиля.
Для снижения влияния на зеркало вибраций, мы провели модальный расчёт динамического поведения той же модели, которая использовалась для расчёта на прочность. При этом было учтено движение автомобиля путём приложения нагрузок от воздушного потока. Были получен и проанализирован ряд форм собственных колебаний с соответствующими частотами.
