【正文】 可鍛鑄鐵橋殼取小值，鋼板沖壓焊接橋殼取大值。 圖 沖擊載荷局部 mises 應力圖 圖 沖擊載荷局部變形圖 最大驅動力工況 最大牽引力工況下，汽車滿載， 且 發(fā)動機以最大轉矩工作。這種情況的出現(xiàn)，與加載位置和約束位 置有關 。 涉及 到的網(wǎng)格類型包括 solid18 solid187。根 據(jù)驅動橋殼的工程實際，此模型 選取 “ structural steel”， 即結構鋼類型。因此，如何在模型導入的過程中 如何 減少數(shù)據(jù)丟失，是本課題的一個重要任務。 最大制動力大小為： 22Xb GmF ?? （ ） 式中 ： G 是汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給地面的載荷； m2 是汽車制動時湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 20 的質量轉移系數(shù)，對于輕型載貨汽車取 值為 ； ? 是驅動車輪與路面的附著系數(shù)，計算時取 。只要在這幾種載荷計算工況下橋殼的強度得到保證，就認為橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。 后者是指擠壓、接觸等涉及零件表面層的強度。這些方法都是在橋殼有樣品的情況下才能采用，而且還都需要付出相當大的人力 、 物力和時間。 橋殼中段的草繪圖如下： 圖 橋殼中段草圖 然后通過旋轉操作生成實體，再進行對稱操作。 通過工程圖獲 橋殼的設計變量 確定橋殼各組成部分建模所涉及到的主要幾何元素 結合軟件特點找到 合適的建模思路 建模中注意參數(shù)化思路， 選擇合適的步驟進行建模 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 15 考慮到本課題的主要目的在于對驅動橋殼的有限元分析，所以就不對各部分的具體建模過程進行贅述。 驅動橋殼的建模及簡化處理 驅動橋殼三維的建模 驅動橋殼的三維設計流程圖： 圖 驅動橋殼的建模思路圖 在初步建模階段，為了全面真實地反映驅動橋殼的結構，將對其各部分進行細致建模。通過與電子表格的連接，也使得整個過程更加有序 [13]。 參數(shù)化建模的一般思路準備圖： 圖 參數(shù)化建模思路圖 本例參數(shù)化建模的過程： 1） 根據(jù)圖紙和自由變化參數(shù)確定建模方法 。CAM（ 計算機輔助制造， Computer Aided Manufacturing）是在計算機輔助下完成從準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，包括工藝過程設計、工裝設計、 NC 自動編程、生產(chǎn)作業(yè) 計劃、生產(chǎn)控制、質量控制等 [13]。目前，它在輕型貨車和轎車上得到廣泛采用。 課題研究內(nèi)容 本課題主要從以下幾個方面進行研究工作： 1） 利用 UG 建立驅動橋殼的幾何模型，并進行適當?shù)哪Ｐ秃喕瑸榻Ⅱ寗訕驓さ挠邢拊Ｐ偷於ɑA。其中最具代表性的有 CATIA， Pro/E等大型軟件。 基于 Workbench 的仿真環(huán)境有三點與傳統(tǒng)仿真環(huán)境有所不同： 1） 客戶化： Workbench 像 PDM 那樣，利用與仿真相關的 API，根據(jù)用戶的產(chǎn)品研發(fā)流程特點開發(fā) 實施形成仿真環(huán)境，而且用戶自主開發(fā)的 API 與 ANSYS 已有的 API 平等。 ANSYS 提供了與多數(shù) CAD 軟件及有限元軟件的接口程序，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，如 Pro/E、 UG、 CATIA、 NASTRAN、 AutoCAD、IDEAS 等； 8） 良好的用戶開發(fā)環(huán)境。模型數(shù)據(jù)通過前處理器寫入數(shù)據(jù)庫；載荷和求解結果通過求解器寫入數(shù)據(jù) 庫；后處理結果通過后處理器寫入數(shù)據(jù)庫，如果需要，可為其他處理器所用。非線性分析包括材料非線性 分析 、幾何非線性分析和狀態(tài)非線性分析。 ANSYS 程序 不但 功能強大，應用范圍很廣， 而且 其直觀形象化的圖形用戶界面（ GUI）及優(yōu)秀的程序構架使其易學易用。啟發(fā)式算法的興起與計算復雜性理論的形成有密切關系。 2） 可靠性 工程 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 4 可靠性工程以概率和隨機分布為基礎，研究各種結構在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。 (2) 驅動橋殼模態(tài)分析 驅動橋殼模態(tài)分析主要通 過計算，得到整個驅動橋殼在自由狀態(tài)下的固有頻率與固有振型，以分析驅動橋殼的動態(tài)特性。在國外，二十世紀七十年代前后，有限元方法逐漸在車輛橋殼的強度分析中得到應用。過去，主要是通過對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗 ， 考核橋殼強度和剛度。在車輛設計中，有限元法也得到應用。 在橋殼的傳統(tǒng)設計中，往往采用類比方法，對已有產(chǎn)品加以改進，然后進行試驗、試生產(chǎn) 。因此，驅動橋殼的研究對于 整車性能的控制 是 很重要的。這樣，在圖紙最終完成后，就可以將設計正式投入生產(chǎn)，對實現(xiàn)最優(yōu)化設計、提高設計效率、縮短開發(fā)周期、節(jié)約成本具有重要意義。 (2) 結構動力學分析 ： 可分為兩類問題?；蛘邔驓た闯墒且缓喼Я?，校核某些特定斷面的最大應力值。而且，可以得 到 比較詳細的應力和變形的分布情況，以及應力集中區(qū)域和應力變化趨勢，這些都是傳統(tǒng)方法難以做到的。褚志剛通過模態(tài)分析方法找到了某汽車驅動橋殼的破壞原因?？紤]隨機性并在設計中引入可靠度，更真實 地 反映客觀現(xiàn)實，由此設計出的產(chǎn)品也更科學合理。 4） 虛擬仿真 虛擬現(xiàn)實是計算機 相關技術中的重要課題，繼多媒體技術之后，正日益引起驅動橋廠商及開發(fā)設計部門的高度關注。同時該軟件提供了完整的在線說明和狀態(tài)途徑的超文本幫助系統(tǒng)，以協(xié)助 有 經(jīng)驗的用戶進行高級應用 [11]。耦合場分析包括熱 結構、熱 磁、磁 結構、流體 熱、流體 結構、熱 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 6 電等。 ANSYS 提供了數(shù)種求解器，用戶可以根據(jù)分析要求選擇合適的求解器； 3） 強大的非線性分析功能。面對制造業(yè)信息化大潮、仿真軟件的百家爭鳴雙刃劍、企業(yè)智力資產(chǎn)的保留等各種工業(yè)需求， ANSYS 公司提出的觀點是：保持核心技術多樣化的同時，建立協(xié)同仿真環(huán)境。 當我們結合世界制造業(yè)信息化主旋律，在數(shù)字化工程背景下審視這三個特點時，會發(fā)現(xiàn) Workbench 將給產(chǎn)品研發(fā)流程帶來革命 性的變化。它經(jīng)歷了探索發(fā)展、獨立發(fā)展、專家應用三個階段，到 90年代，已發(fā)展為與 CAD特征建模相結合，集成為一體的面向設計者的技術。 3） 對驅動橋殼 四種典型工況 ，即沖擊載荷工況、最大驅動力工況、最大制動力工況以及最大側向力工況 進行靜態(tài)分析 ，通過 mises 應力 圖和變形圖檢驗驅動橋殼是否滿足強度和剛度要求，并且 分析 影響應力分布的因素。并且為了防止橋殼內(nèi)潤滑油外溢，在橋殼軸管處焊接 了 擋油環(huán)或加裝油封 。其中全集成包括數(shù)據(jù)與系統(tǒng)集成、功能集成、過程集成、信息集成、企業(yè)集成；全相關是指不僅能在產(chǎn)品內(nèi)部保持尺寸大小的相關性，而且還具有結構形狀的相關，即幾何相關，更要具有過程相關；快速反應機制的具體方面有兩個：逆向工程（ RP）技術與快速成型（ RP）技術，前者是對產(chǎn)品進行空間三維測量以獲得海量數(shù)據(jù)并建立測量對象的數(shù)字 模型；后者是利用數(shù)字模型快速建立對象的物理實體，用于評估、分析和作為模芯等。 圖 參數(shù)化模型圖 3） 設置參數(shù)之間的關系 。 3） UG/特征建模模塊，它提供了支持建立和編輯下列各種標準的設計特征：孔、槽、型腔、柱體、塊體、錐體、球體、管狀體、桿、倒圓和倒角等。 如中間環(huán)形空心梁處比較薄，并且是一系列的曲 面過渡。 驅動橋殼的裝配流程圖如下： 圖 驅動橋殼的裝配思路圖 驅動橋殼的實物完整效果圖如下： 圖 驅動橋殼的 UG 裝配圖 給每個零件創(chuàng)建一個合適的引用集 裝配過程 添加零件裝配關系時選 用同一基準(如軸對齊 ) 注意添加零件的順序和零件的工作狀態(tài) 特殊的零件可適 當放在最后裝配 根據(jù)驅動橋殼的結構特點確定第一個裝配的零件 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 16 驅動橋殼的模型簡化處理 本課題對后橋殼做結構分析的出發(fā)點主要是研究它在汽車的典型工況時的變形及應力分布情況。在此基礎上，然后再生成驅動橋殼兩端的半軸套管 。強度是機械零件正常工作必須滿足的最基本要求。 剛度分析是指構件或者零部件在確定的外力作用下，不發(fā)生彈性形變或位移不超過允許的范圍，即構件抵抗變形的能力。動載荷大小為： max GF ?? （ ） 2） 最大驅動力工況 此工況為汽車滿載以最大牽引力作直線行駛時的工況，不考慮側向力。 側向力一旦超過側向附著力，汽車就會發(fā)生側滑。 最后得到的 UG 簡化模型 見前面 圖 所示。一般來講，六面體單元較四面體單元節(jié)點數(shù)多，計算精度高，故在條件允許的情況下因盡 量使用六面體單元。 圖 solid186 號 單元 圖 solid187 號單元 圖 驅動橋殼網(wǎng)格劃分模型 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 23 驅動橋殼各工況靜力分析 QX1060 是一輛滿載時總質量為 6 噸左右的輕型載貨汽車，根據(jù)四種典型工況的計算需要，所需基本參數(shù)如下所述 [17]： 滿載時后軸載 荷 G 為 39200N； 發(fā)動機最大扭矩 maxeT 為 245 mN? ； 0i 為 ； 1i為 ；輪距為 1600mm；所選輪胎型號為 “ 普通 ” ，從而可得其自由半徑r 為 406mm， 進行 分析時，通常不計滾動半 徑 r 與 自由半 徑的差別，統(tǒng)稱為車輪半徑 r[18]。但是，從驅動橋殼整體的應力分布情況來看，各處的應力 均 值小于材料的許用應力值，分布也比較符合實際的加湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 25 載和約束情況。 根據(jù)式（ ）最大驅動力為： max 1 0eTtrT iiF r ?? = 0 . 6 2 4 5 4 . 7 1 6 . 1 7 1 0 5 2 2 ( N )0 . 4 0 6? ? ? ? 此工況下 約束和載荷 施加情況如圖 所示，載荷通過作用力偏置距離為輪胎半徑的方式加在兩端半軸套管上，約束 兩端 鋼板彈簧座： 圖 最大驅動力工況 約束載荷圖 橋殼的 mises 應力圖和變形圖如下所示： 圖 最大驅動力工況 mises 應力圖 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 27 圖 最大驅動力工況變形圖 最大牽引力工況下，危險區(qū)域出 現(xiàn)在鋼板彈簧座附近。 對于這種個別點的應力奇異，在有限元分析 中 可以通過 “ 不選擇該區(qū)域 ” 的方式，消除應力奇異帶來的不良影響。應力較大區(qū)域也出現(xiàn)在鋼板彈簧座附近，最大值為 。橋殼的這種極度危險狀況在實際中應避免發(fā)生，但是在理論上作為一種極限工況，有其分析的價值 [19]。模態(tài)是振動系統(tǒng)特性的一種表征，它實為構成各種工程結構復雜振動的那些最簡單基本的振動形態(tài)。其運動微分方程為： ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?M U C U K U F t? ? ? （ ） 式中： ??M 、 ??C 、 ??K 分別為結構的質量、阻尼和剛度矩陣， ??U? 、 ??U? 、 ??U 分湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 35 別為振動 加速度、速度和位移列陣； F??t 為外載荷列陣。而 不能取其一半進行分析，否則就破壞了理論模態(tài)分析的真實性。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 37 自由模態(tài)分析 自由模態(tài)分析在有限元網(wǎng)格模型的基礎上，不添加任何約束和載荷力進行分析。這種自由狀態(tài)必然導致計算結果出現(xiàn)剛體模態(tài)：三個位移模態(tài)，三個轉動模態(tài)。由此得結構的頻率方程為： ? ? ? ?KM?? （ ） 如果有 n 個節(jié)點，則式（ ）可以展開為： 1 1 1 1 1 2 1 2 1 12 1 2 1 2 2 2 2 2 21 1 2 20nnnnn n n n n n n nk m k m k mk m k m k mk m k m k m? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 若結構剛度矩陣 ??K 和質量剛度矩陣 ??M 都是 n 階方陣，則式（ ）是 ? 的 n 次代數(shù)方程。 2） 在新產(chǎn)品設計中進行結構動態(tài)特性的預估計及優(yōu)化設計 3） 診斷及預報結構系統(tǒng)的故障 4） 控制結構的輻射噪聲 結構振