2.1 Методы построения геометрии модели и расчетной области объекта

Корпус системы отопления и вентиляции автомобиля ИЖ-2126 представляет собой сложное изделие, состоящее из нескольких деталей (корпус отопителя; центральный, левый и правый боковые воздуховоды, воздуховоды, обдувающие задние сиденья; левый, правый и центральные дефлекторы) (рис.2.1).

При решении задач аэродинамики в CAE - программных пакетах для создания конечно-элемнетной сетки расчетной области необходима твердотельная геометрическая модель внутреннего пространства исследуемого объекта. Для получения твердотельной геометрии была разработана следующая методика:

разрабатывается конструкторская документация (КД) объекта (чертежи) в CAD - системах средней тяжести (Компас, AvtoCAD и др) или тяжелых CAD - пакетах (Solid Works, Unigraphics, CATIA и др.), при разработки КД в программных пакетах средней тяжести необходима их трансляция в тяжелые программные комплексы (т.к. в пакетах средней тяжести построение твердотельной модели невозможно, из-за ограниченных возможности этих пакетов);

построение трехмерной геометрии на основе разработанных чертежей, виде тонкостенных поверхностей ограничивающих расчетную область (рис. 2.2);

получение твердотельной модели путем сшивания тонкостенных поверхностей.

По разработанной методике была получена твердотельная геометрическая модель внутреннего пространства нового (рис.2.3) и штатного (рис 2.4) корпуса отопителя легкового автомобиля ИЖ-2126. Трудоемкость составления твердотельной модели составила 184 часа.

Рис.

Рис.2.2 Тонкостенная модель корпуса отопителя для модернизированного автомобиля ИЖ-2126, построенная на основе КД

Рис.2.3 Твердотельная модель внутреннего пространства корпуса отопителя для модернизированного автомобиля ИЖ-2126, построенная на основе КД

Рис.2.4 Твердотельная геометрическая модель штатной системы отопления и

вентиляции автомобиля ИЖ-2126

После построения твердотельной геометрии необходимо создание конечно-элементной сетки расчетной области. В данной работе для сохранения геометрии рассчитываемого внутреннего пространства отопителя была разработана методика многоэтапного построения конечно-элементной сетки:

разбиение полученной модели на блоки, для получения сетки состоящей и из различных типов элементов (рис.2.5);

построение конечно-элементной модели рассчитываемой детали (рис. 2.6);

объединение полученных элементов различной формы в единое пространство (удаление двойных узлов в ячейках сетки) (рис.2.7).

Данная методика на ижевском автозаводе была реализована в программном комплексе ANSYS/Stractural. Инструментарий данного программного продукта позволяет автоматизировать процесс разбиения объёмов на конечные элементы, что сокращает время подготовки расчётной сетки для численного анализа.

При построении сетки рассчитываемой детали с простой геометрией основным элементом сетки может являться элементарный куб, имеющий 8 узлов (точек), но при разбивании тела со сложной геометрией использование элементарного ортогонального шестигранника может привести к искажению геометрии детали, а это в свою очередь скажется на точности результатов расчета. Этого можно избежать путем уменьшения размеров элемента (ячейки), но это приведет к значительному увеличению точек расчетной области, следовательно, и к увеличению машинного времени.

Рис.2.5 Модель, подготовленная для построення конечно-цементной сетки

двоимы» ум* элементов

Рис.2.7 Двойные узлы. „р„„ад,ежа„1ие рамич ^ ^

.¦от™ (ка1< n„,„„vrOJ„.„„Mv. тяк и ™Vm„„„nMV,

Рис. 2.6 Конечно-элементная модель внутреннего нространстла снетемь,

отопления и вентиляции

шестигранник

четырехгранник

пирамида

треугольная призма многогранные элементы

Рис.2.8 Типы элементов сетки используемые в STAR-CD

Общее количество элементов используемых для построения конечно- элементной сетки геометрической модели отопителя представленного на рис.2.3 равняется 188296 ячейкам. Большинство используемых элементов - это элементарный куб, имеющий 8 узлов (точек), средний размер которого приблизительно равен 10x10x10 мм, но при разбивании тела со сложной геометрией использование элементарного ортогонального шестигранника

может привести к искажению геометрии детали, поэтому в данной конечно- элементной сетке для сохранения геометрических параметров применяются четырех- и пятигранные элементы. Количество элементов используемых на выходных сечениях системы отопления, и их геометрические размеры приведены в таблице 2.1.

После подготовки конечно-элементной сетки, задания граничных условий был произведён расчёт с использованием программного комплекса STAR-CD, на который ОАО «ИжАвто» имел годовую лицензию во время проведения данных расчётов.

Таблица 2.1 — Количество ячеек в выходных сечениях отопителя Номер

сечения

ч Наименование выходного сечения Количество

ячеек в сечении Геометрические размеры сечения Цдлина), м Н(высота), м 1 Выходы на лобовое стекло (2 сечения) 51 0.25 0,026 2 Выходы на панель приборов (4 сечения) 68 0,094 0,055 3 Выходы в нижнюю часть солона, область переднего пассажира и водителя (2 сечения) 50 0,045 0,025 4 Выход в нижнюю часть салона, область задних пассажиров 248 0,18 0,55 5 Вход в отопитель 57 0,25 0,089