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).
На основе конструкторской документации (компоновочная схема, имеющиеся чертежи) строится геометрическая модель системы отопления и вентиляции при помощи тяжелых CAD - программных пакетов (Solid Works, Unigraphics, САПА и др.).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.
2.1 Геометрические размеры корпуса штатной системы отопления и вентиляции легкового автомобиля ИЖ-2126
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.
Поэтому современные CAE пакеты, такие как STAR-CD, ANSYS, DYNA-LS и др. позволяют работать со смешанными типами элементов: шестигранные, четырехгранные, треугольные призмы, пирамиды и различные виды многогранных ячеек (рис.2.8). Что позволяет при относительно малом количестве элементов сохранить геометрию изделия и производить расчет.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