福特公司用Abaqus for 3DS CATIA和Isight加速设计，提高锥形接头的 可制造性
2023-07-05 14:34:23 来源：迅利科技
开发高质量螺栓接头是汽车底盘设计不可或缺的组成部 分。高稳健性接头相对于连接副车架到转向节的连杆而 言，了解其设计的人可能更少，但它却对改进操控、延长 汽车寿命至关重要。接合不严，就会恶化对齐不善等质 量问题，从而影响接合组件的耐用性。设计良好的接合 效率更高，能以更小型号的扣件支持更大负载，而且不 会脱松。
福特汽车公司的工程师接到了为中型乘用车后悬挂系统 开发高稳健性悬臂式锥形接头的任务（见下图）。为了最 大限度节约时间和成本，同时满足功能性目标要求，该 团队用Abaqus for CATIA（AFC）发了自动化实验设 计（DOE）流程用于结构分析，并用Isight进行流程自 动化和最优化。
分析锥形接头性能
螺栓接头是汽车悬挂最常见的接合方式。在本应用中， 锥形接头用来连接连杆和后转向节，采用悬臂式连接。 锥形接头衬内套和转向节两部分相连，每部分对锥角有 独特的制造公差。
为开发钢内套和铝转向节之间的稳健锥形接头，要考虑 以下方面：每个部件的生产公差、锥和底座之间的接触 区域、负载移除后的锥扭矩损失角度。
为进行设计仿真测试，福特工程师采用AFC创建转向节 和衬内套的有限元模型，并通过CATIA创建的模型获 得几何输入和材料属性。AFC保持与CATIA模型的相 关性，确保当CAD模型在设计变量变化范围内变更时 Abaqus模型更新的鲁棒性。
在物理组装流程中，锻钢内锥受力紧靠铝转向座。由于 不同部件的生产工艺不同，锥设计特性的角度公差不同 于内套和转向接合表面。
为模拟螺栓装配流程而创建内套和转向接头座之间的虚 拟螺栓。套中心承受外部工作负载。铝和钢的非线性压 力-应变曲线导入AFC进行非线性分析。接触对和螺栓张 力都在AFC中创建。接触面输出（CAREA）和接触力强度 （CFNM）都能用AFC进行后处理。最后，Abaqus分析文件 输出并提交到高性能计算（HPC）集群，从而运行分析。
管理DOE进程
特需要评估大量不同参数组合的设计，这促使工程师 创建了自动化的DOE流程。在该流程中，CAD几何更新 和FEA模型更新在相同回路中完成，从而实现全自动的 DOE工作方式。
福特的CATIA启动含有一套经定制的外部产品管理系统，在 CATIA界面初始化之前通过脚本剥离产品管理系统连接。设计参数随后通过外部Excel文件输入CATIA，这属于 CATIA中更新设计表的常用方法。Excel文件的输入参 数映射到Isight管理器的DOE任务，这支持每个回路的 Excel工作表自动更新。由于Excel同步于设计表，因此 能自动更新CATIA中的CAD几何模型。在AFC中，几何和 FE网格保持关联，因此所得的网格在CAD数据变化时会自动更新。
Isight流程中的Abaqus组件用来提取结果，包括每次 运行DOE的CAREA和CFNM（见图3）。Excel文件的输 入参数随后映射到输出参数，以创建Isight近似模型。
Isight实现更高效的流程
CATIA和AFC脚本的设置、验证，HPC任务提交批处理 文件以及Windows批处理命令文件都需要时间和资源 来开发，但所花的时间是完全值得的，因为这些文件能 在随后的项目中略加修改就实现重复利用。
数据在CAE和CAD之间来回传输往往造成时间效率低 下，在人们要做多项工作情况下，在需要新的设计迭代 时不能立即停下手头的工作。这有点像CPU时间与墙上 时钟时间的对比。
福特采用AFC并在Isight帮助下创建自动化DOE流程， 能实现稳健性锥形接头设计。这款设计展现出较好的接 触面，在负载移除后仍能保持夹力，而且符合指定的制 造公差。
福特汽车公司的工程师接到了为中型乘用车后悬挂系统 开发高稳健性悬臂式锥形接头的任务（见下图）。为了最 大限度节约时间和成本，同时满足功能性目标要求，该 团队用Abaqus for CATIA（AFC）发了自动化实验设 计（DOE）流程用于结构分析，并用Isight进行流程自 动化和最优化。
分析锥形接头性能
螺栓接头是汽车悬挂最常见的接合方式。在本应用中， 锥形接头用来连接连杆和后转向节，采用悬臂式连接。 锥形接头衬内套和转向节两部分相连，每部分对锥角有 独特的制造公差。
为开发钢内套和铝转向节之间的稳健锥形接头，要考虑 以下方面：每个部件的生产公差、锥和底座之间的接触 区域、负载移除后的锥扭矩损失角度。
为进行设计仿真测试，福特工程师采用AFC创建转向节 和衬内套的有限元模型，并通过CATIA创建的模型获 得几何输入和材料属性。AFC保持与CATIA模型的相 关性，确保当CAD模型在设计变量变化范围内变更时 Abaqus模型更新的鲁棒性。
在物理组装流程中，锻钢内锥受力紧靠铝转向座。由于 不同部件的生产工艺不同，锥设计特性的角度公差不同 于内套和转向接合表面。
对进行稳健性接触分析乃至接触压力分布分析，内套筒 网格构建为与转向座网格的配合。为协助接触面网格的 对齐，另外创建了转向座“域”（见下图青色），可简化接 触工作。这个部件在Abaqus内通过固连接触连接到转 向体其它部分。
为模拟螺栓装配流程而创建内套和转向接头座之间的虚 拟螺栓。套中心承受外部工作负载。铝和钢的非线性压 力-应变曲线导入AFC进行非线性分析。接触对和螺栓张 力都在AFC中创建。接触面输出（CAREA）和接触力强度 （CFNM）都能用AFC进行后处理。最后，Abaqus分析文件 输出并提交到高性能计算（HPC）集群，从而运行分析。
管理DOE进程
特需要评估大量不同参数组合的设计，这促使工程师 创建了自动化的DOE流程。在该流程中，CAD几何更新 和FEA模型更新在相同回路中完成，从而实现全自动的 DOE工作方式。
福特的CATIA启动含有一套经定制的外部产品管理系统，在 CATIA界面初始化之前通过脚本剥离产品管理系统连接。设计参数随后通过外部Excel文件输入CATIA，这属于 CATIA中更新设计表的常用方法。Excel文件的输入参 数映射到Isight管理器的DOE任务，这支持每个回路的 Excel工作表自动更新。由于Excel同步于设计表，因此 能自动更新CATIA中的CAD几何模型。在AFC中，几何和 FE网格保持关联，因此所得的网格在CAD数据变化时会自动更新。
Isight流程中的Abaqus组件用来提取结果，包括每次 运行DOE的CAREA和CFNM（见图3）。Excel文件的输 入参数随后映射到输出参数，以创建Isight近似模型。
Isight实现更高效的流程
CATIA和AFC脚本的设置、验证，HPC任务提交批处理 文件以及Windows批处理命令文件都需要时间和资源 来开发，但所花的时间是完全值得的，因为这些文件能 在随后的项目中略加修改就实现重复利用。
数据在CAE和CAD之间来回传输往往造成时间效率低 下，在人们要做多项工作情况下，在需要新的设计迭代 时不能立即停下手头的工作。这有点像CPU时间与墙上 时钟时间的对比。
福特采用AFC并在Isight帮助下创建自动化DOE流程， 能实现稳健性锥形接头设计。这款设计展现出较好的接 触面，在负载移除后仍能保持夹力，而且符合指定的制 造公差。
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