电泳流场与受力分析

白车身在电泳槽中的受力主要来自其在泳池中改变姿态而引起的阻力、浸入液面以下受到的浮力、自身重力、工装的约束力,因此可以将模型抽象为求解流体力学及结构力学问题。

电泳过程车身结构流固耦合仿真主要采用计算流体力学计算流体部分。白车身在电泳槽中运动,会产生复杂多变的流体流动特性,电泳液的流动符合湍流流动特性,而车身运动中包含进出槽过程,当中会卷入空气进入车身腔体内部,电泳液在车身表面存在浸润、物质交换的物理化学过程,携带的电泳液在出槽过程会有流淌现象。因此白车身电泳槽的运动过程实质上是一个多相流问题。根据具体工程应用,可以将电泳液定义为流体的液相,空气定义为气相,整个流动过程符合气液两相流计算模型。

采用Simerics-MP+解决电泳槽中车身与电泳液的交互关系,主要用到有限体积法求解流场NS方程,由于涉及到多相流,故采用欧拉-欧拉法追踪气液两相界面。VOF 模型是一种在固定欧拉网格下表面追踪的方法,它通过研究网格单元中流体和网格体积分数来确定自由面,追踪流体的变化,而非追踪自由液面上质点的运动。在计算过程中,利用各流体的体积分数为计算参数,在一个动量方程中进行求解,把每个时刻各流体所占的体积比都记录下来。与其他商用CFD软件相比,采用Simerics-MP+的VOF法具有更低的数值耗散,更高的解析精度。

通过借助Simerics-MP+电泳翻转流体求解模块,低输入要求下完成数模网格转换、网格局部细化和加密、白车身运动轨迹编辑、多相流模型创建和参数调优、后处理输出。能够快速、精确的完成流场仿真计算,并将流体压力映射至结构计算网格中去,使用结构有限元仿真分析模块,完成对钣金在电泳过程中弹塑性变形的仿真分析。从而优化电泳翻转工艺、白车身钣金结构和连接关系、工装夹具优化等一系列可以解决变形的措施。

仿真流程如下:

    a. 数模处理:CATIA to STLSimerics-MP+采用STL文件作为几何输入文件,使用ExportProdData工具依次导出STL文件,并使用XML2STL工具将CATIA批量导出的STL文件进行装配。

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   b.零件切分:软件Mesh模块Import/Export Geometry or Gird功能对处理的STL文件进行导入。由于流体计算使用的为实体网格,而结构计算使用的为片体网格。因此需要对钣金上下表面进行压力求和,计算出静压力。可使用Split/Combine Geometry or Gird功能对STL定义的曲面进行分割,将钣金切分为上下表面。

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c. 网格划分:Mesh模块Vehicle Template Mesher对车身网格进行自动修复、划分、加密。本次试算计算了发盖和顶盖两个总成,流体骨架网格如图所示:

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d. 网格加密:划分Mismatched Grid,使用MGI模块可以完成错配网格的创建及数据交换。同时为了保证计算精度,对白车身网格进行多级加密。

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e. 网格定义:Mesh Movement模块,在此模块下可以对计算网格进行动网格定义,采用动网格运动模板可以快速创建多种类型的网格运动。


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f. 旋转点定义:如果仅分析翻转过程,还可以使用Centrifugal模块定义旋转,与Mesh Movement模块不同之处就是Centrifugal模块不需要过多的网格重构。本次仿真使用的为Centrifugal模块,定义了轴心点、运动速度等关键信息。

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g. 流场定义:使用Multiphase和Turbulence模块定义两相流和湍流模型。

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h. 仿真计算:使用128核服务器对两千万左右的网格进行求解,仿真225秒的过程,用时约36小时。

·   流场计算结果:

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j. 导出压力场数据,给结构软件,进行流固耦合分析。

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k. 结构计算(部分结果)

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