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1、ANSYS在汽车零部件设计中的应用 本文非常具体地介绍了Ansys仿真软件在某零部件设计中的应用。信息量很大。1、发动机机体发动机机体同时承受高热负荷和机械负荷。它本质上是一个多物理耦合的工作体。ANSYS 多物理场分析功能为发动机分析提供了完整的解决方案。公司使用ANSYS对某V6发动机缸体进行了详细的热分析、结构分析、动力分析和热结构耦合分析（图1，2）。产品开发的作用尤为明显。图13 V6发动机实物图14 发动机整体模型1.1 柄连杆机构运动部件活塞，曲柄连杆和其他运动部件是高热/机械负载部件，由于往复运动，它们的质量对发动机的整体性能非常重要。ANSYS 分析热载荷和机械载荷的形状和应力为设计提供依据。图 3 曲柄连杆机构的柔性体运动学和动力学分析 连杆的强度一直是发动机设计的关键。ANSYS柔性体-柔性体接触计算功能可以准确模拟连杆和大头、主销和曲柄销的联合工作状态。这是ANSYS系统分析功能和强大联系功能的体现。ANSYS曲轴结构分析和模态分析功能计算曲轴扭转和弯曲模式，并通过频率优化达到阻尼效果。ANSYS的疲劳计算功能可以准确计算曲轴的传统疲劳强度，也可以计算曲轴的强度因子，从而预测疲劳裂纹。
2、 生产和疲劳寿命。采用ANSYS软件对曲轴轴颈与油膜进行流固耦合分析，评价高曲轴的耐磨性。曲轴连杆机构运动部件的重量优化设计不仅节省了材料，减轻了发动机的重量，而且运动部件的质量对改善发动机的整体工况特别有效。形状、曲轴圆角和曲柄臂尺寸的优化设计。1.2 车身：缸盖、箱体、缸套本体、缸盖的热分析尤为重要。热疲劳是失效和“拉缸”的主要原因。为了保证可靠性和耐用性，使用ANSYS分析机械和刚度，热负荷下的强度是设计者的首选。ANSYS 可以准确地计算身体的固有频率和模式。来控制噪声源。此外，ANSYS可以模拟车身的热冲击实验，热-结构耦合分析可以计算出在机械载荷和热载荷双重作用下车身的变形和应力分布。流固耦合分析、轴承油膜状态、润滑系统设计等 图 4 缸盖和箱体分析 图 5 上海柴油机公司利用 ANSYS 热分析功能模拟某型发动机的热冲击实验体，根据分析结果对结构进行改进，效果明显。1.3气机构：进排气门、气门弹簧、摇臂、推杆、挺杆、凸轮轴、正时齿轮气门机构会影响发动机性能并需要准确计算。ANSYS 系统分析可以考虑气门机构中各种部件的弹性变形，从而产生比刚体假设更精确的凸轮。
3、 - 阀门模式。图 6 大连机车车辆厂利用 ANSYS 结构分析找出摇臂座开裂的原因。提出改进方法。气门弹簧承受高频交变载荷。随着多气门设计的发展趋势，弹簧的尺寸受到更多限制。ANSYS非线性瞬态动力学分析和疲劳分析功能可以更好地解决非线性变螺距弹簧的高应力损伤问题。和疲劳损伤。排气门承受高速冲击载荷和高温气体冲刷，可以模拟ANSYS热-结构耦合分析，热疲劳分析预测可靠性非常有效。图7 进气螺旋图图8 消声器热分析图图 9 涡轮增压器涡轮分析 配气机构分析中存在大量接触问题，ANSYS高级接触单元、接触向导、智能接触参数设置功能指导设计工程师方便、有效、快速地进行配气机构非线性分析，解除烦恼非线性参数选择和试错计算器，大大加快了分析进度。1.4 进排气系统：空气滤清器、进排气口、增压器、消音器进排气系统的设计关系到结构-热-流-声综合效应，是典型的多物理场问题。ANSYS计算流体动力学可以计算流场分布、压力分布、温度分布、湍动能、以及风道的湍流耗散率，得出风道几何形状对进气效率的影响；通过ANSYS独有的流场优化功能，可以将发动机因进排气阻力造成的功率损失降到最低。进排气系统是汽车噪声的重要噪声。
4、源码，ANSYS声场分析和声场优化可以解决声压分布和分贝级。通过消声器声-流-固耦合的优化仿真，可以大大降低排气噪声和排气阻力。涡轮增压器涡轮具有轮轴过盈配合、超高速旋转、叶片振动等严苛工况。ANSYS 协助用户完美解决了项目中提出的多项技术问题。1.5 供油系统：油箱、燃油泵、高压油管喷油和进气螺杆与燃烧充分性和排放有关，ANSYS 流体动力学分析和优化功能使设计人员可以在物理样机制造之前检查各种空气通道，从而对方案进行优化设计。国家已经禁止化油器车辆的销售，电喷技术被广泛使用。采用电控实现智能供油、提升动力和控制排放。ANSYS多物理场仿真技术可以仿真“电喷过程的电磁-磁-结构多场耦合”。"工况，为电喷系统的设计提供从性能评估到结构设计的完整解决方案。 图10 散热器流固耦合分析图图11 散热器模态分析1.6 冷却系统：冷却系统的设计重点是结构的流动和传递过程，空气、水、油和热量。计算流体动力学和耦合分析。ANSYS分析得到冷却系统中的流动、温度分布、与结构壁的对流传热系数等，为冷却系统的设计提供参数。2、传动系：变速器、离合器、万向节、终传动、差速器、半轴、液力偶合器和液力传动。
5、动力系统负责动力传输功能，组件在随机高负载条件下工作。强度振动问题始终是主要矛盾。以主传动斜齿锥齿轮为例，过去FEM分析只能分析啮合过程的一种状态，而现在ANSYS可以分析整个啮合过程中齿轮副的强度和刚度响应。由于分析对象可以包括齿轮轴和轴承座，因此可以发现由于齿轮轴或轴承座刚度不足导致的斜齿锥齿轮断齿问题（图12）。 . 12 高端汽车齿轮滚动接触分析 液压传动通过泵轮之间的液力偶合器的相互作用工作，导轮和涡轮。ANSYS 流体和非线性流固耦合的分析功能可以预测其性能和可靠性。传动轴系统的扭转振动是产品设计的关键汽车散热器设计计算，ANSYS模态分析可以准确预测其固有振动频率和振型，并指导设计。万向节密封套在大变形条件下工作，设计寿命至少需要一个大修周期。利用大成株式会社ANSYS软件对套筒的损伤寿命和密封性能进行预测，得到轴交叉角与应力的不同关系曲线，完美解决了密封套筒的寿命设计问题。图 13、14. 图 13 图 14 3、承重驱动系统：车身框架，车桥、轮胎、悬架（前后桥、钢板弹簧、减震器） 车辆的轴承和驱动系统是高负荷的安全结构，可靠性尤为重要，因此强度分析的地位尤为突出。ANSYS全面多样的元素库和多种分析功能。
6、及其强大的前后处理能力为轴承系统和驱动系统的分析提供了完整便捷的解决方案。使用ANSYS进行非线性柔性体运动学、动态仿真和优化设计可以将设计水平推向一个新的水平。车架和车身结构基本都是焊接（铆接）的梁构件，分析时常采用梁单元模型。ANSYS具有生成梁截面几何参数和记忆单元截面形状的功能，根据真实截面形状显示梁单元，在后处理中显示截面上的应力结果，绘制弯矩根据工程习惯绘制图表，极大地方便了梁系统模型的应用。. 现代车身框架的设计应充分考虑碰撞过程的能量吸收能力，以提高汽车的被动安全性。ANSYS的冲击和碰撞模拟功能和非线性屈曲分析功能是设计车身框架吸能件和刚度分布的标准软件。图 15 双层客车计算模型采用梁单元模拟骨架。图 16. 框架的全壳单元分析模型。在车轮的设计中，轮毂、轮辋和轮胎的非线性分析非常关键。采用ANSYS的复合多层实体元技术，保证轮胎求解精度相同，计算成本大大降低。图上海办事处直接造型的车轮模型。图18 北京化工大学利用ANSYS分析发现潜在问题，根据计算结果调整部分几何参数以满足强度和疲劳寿命条件。完成了子午线轮胎的三维非线性计算，得到了与地面的接触。
7、状态，每层材料的应力分布。在悬架设计中，ANSYS的柔性体运动学和动力学仿真比以往的刚体假设计算更真实地反映了悬架的动态特性；ANSYS的非线性优化设计功能，可以方便地设计非线性力——位移曲线的悬挂弹簧；流场计算和流固耦合分析可以保证液压减振器的可靠性。别克汽车弹簧是一种复杂结构，变线径、变节距、变节圆半径，下端覆盖塑料，代表了目前最先进、最复杂的弹簧设计。在设计弹簧的过程中汽车散热器设计计算，中国弹簧厂使用ANSYS进行优化设计，以实现非线性的力-位移曲线，并在一个月内设计出满足要求的弹簧。图 20 图 21. 图 19 后悬架柔性体动力学分析图 20 前悬架弹簧图 21 应力分布4、转向系统和制动系统：在动力转向设计中，ANSYS流体分析可以计算通过的流量管道、油箱、油泵等各阀门的油流量、压力、流固耦合分析，可以计算出动力缸活塞的运动和应力，从而保证转向特性。刹车是一个重要的噪声源，刹车本身的振动也会影响其工作的可靠性和稳定性。ANSYS' 矩阵元素和约束方程的方式允许添加阻尼和方程约束，以便轻松建立更逼真的制动摩擦耦合模型，可以进行模态分析以评估制动器发出尖叫的趋势，从而抑制制动噪声。清华大学使用 ANSYS 构建制动系统。
8、研究了制动装置的摩擦耦合模型，得到了摩擦耦合系数对制动啸叫趋势的影响以及抑制和消除啸叫的解决方案。图22是制动器的有限元模型，图23是制动盘的变形。图 22 图 23 图 24 流体流路5、座椅和仪表板总成 座椅设计不仅仅关乎舒适性，相关安全标准规定了座椅对乘员保护的严格要求，以及座椅大变形的计算座位已成为常规分析；ANSYS非线性计算函数用于评估碰撞过程中座椅靠背和头枕的乘员保护性能，并已通过相应标准。清华大学使用ANSYS软件计算座椅的非线性大变形。对比测试结果，发现计算与测试的误差仅为2.8%。图25 计算位移与测试结果对比6、汽车电子电器 现代汽车已经从单一的机械产品向机电产品转变，ABS、电子喷射、微机电系统已占了相当大的比重. ANSYS多物理场仿真的能力在汽车电子和电气领域有着广泛的应用。柏林工业大学使用 ANSYS 开发了一种微机电传感器来测量内燃机气缸的压力。图 26 显示了封装薄膜电阻传感器芯片的热应力分布。tAB 使用 ANSYS 开发用于高级车辆的悬架控制传感器和自动驾驶导航系统的 MEMS 陀螺仪。图 27 是陀螺压电梁在谐振时的电压分布和结构中 4 微米宽接头处的应力集中。连接器。
9、 的设计已经过优化，以确保足够的灵活性。图 26 图 27。