【正文】 ............................... 16 3 驅(qū)動(dòng)橋殼靜力分析 .......................................................................................................... 18 靜力分析概述 ....................................................................................................... 18 驅(qū)動(dòng)橋殼靜力分析典型工況 .............................................................................. 18 建立驅(qū)動(dòng)橋 殼有限元模型 .................................................................................. 20 幾何模型的導(dǎo)入 ....................................................................................... 20 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 V 生成橋殼有限元模型 ............................................................................... 21 驅(qū)動(dòng)橋殼各工況靜力分析 .................................................................................. 23 沖擊載荷工況 ............................................................................................ 23 最大驅(qū)動(dòng)力工況 ....................................................................................... 25 最大制動(dòng)力工況 ....................................................................................... 28 最大側(cè)向力工況 ....................................................................................... 30 4 驅(qū)動(dòng)橋殼的模態(tài)分析 ...................................................................................................... 34 模態(tài)分析理論 ....................................................................................................... 34 建立模態(tài)分析有限元模型 .................................................................................. 35 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析 ............................................................................................... 36 自由模態(tài)分析 ............................................................................................ 37 約束模態(tài)分析 ............................................................................................ 41 模態(tài)分析總結(jié) ............................................................................................ 47 5 課題總結(jié)與展望 ............................................................................................................... 48 課題總結(jié) ................................................................................................................ 48 研究展望 ................................................................................................................ 49 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 50 致謝 .......................................................................................................................................... 52 附錄Ι：電子文檔清單 ........................................................................................................ 53 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 1 1 緒論 課題來(lái)源及意義 本課題來(lái)源于湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程系，是汽車設(shè)計(jì)與分析計(jì)算的子課題之一，是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，為輕型載貨汽車的驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)提供參考 。 本文以輕型載貨汽車 QX1060 驅(qū)動(dòng)橋殼為研究對(duì)象，詳細(xì)論述了從 UG 軟件中的參數(shù)化建模，到 ANSYS 中 有限元模型的建立、邊界條件的施加等研究。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 驅(qū)動(dòng)橋是工程機(jī)械底盤的重要部件，其性能直接影響著機(jī) 械 的整體性能。一類是用有限元法進(jìn)行模態(tài)分析，求解車輛結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率、振型等 ； 另一類是用有限元法進(jìn)行響應(yīng)分析，即求解得到車輛結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的響應(yīng)，這比靜力分析更接近于實(shí)際工作情況 [2]。我國(guó)通常推薦將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡(jiǎn)化在典型工況下，只要橋殼的強(qiáng)度得到保證， 就認(rèn)為該橋殼在車輛的各種行駛條件下是可靠的。因此，在驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)中，應(yīng)用有限元法具有重要的意義。該驅(qū)動(dòng)橋殼在使用中中部區(qū)域常出現(xiàn)裂紋，靜強(qiáng)度計(jì)算表明該橋殼靜應(yīng)力分布合理，破壞區(qū)的靜應(yīng)力很小，模態(tài)分析中橋殼的前九階頻率在路面譜頻率范圍內(nèi)，在路面譜的激勵(lì)下 很容易引起垂直方向的共振 [9]?，F(xiàn)在，一些發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)計(jì)制造的某些零件，其壽命可以精確到小時(shí)，如果沒有可靠性計(jì)算，是不可想象的。這不僅因?yàn)樗母拍睢⒗碚摷霸O(shè)備新穎，而且一經(jīng)實(shí)現(xiàn)就表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力，展示出極具應(yīng)用前景的態(tài)勢(shì)。 ANSYS 的主要模塊及功能 1） ANSYS 的處理器 ANSYS 按功能可分為若干處理器：包括 1 個(gè)前處理 器、 N 個(gè)求解器、 2 個(gè)后處理器，幾個(gè)輔助處理器如優(yōu)化處理器等。 3） ANSYS 與 CAD 及 CAE 軟件的接口 ANSYS 可提供于大多數(shù)的 CAD 軟件的接口，例如 Pro/E、 UG、 CATIA、 IDEAS、SolidWorks 等，可直接讀取這些 CAD 文件的圖形或圖形轉(zhuǎn)換文件。 ANSYS 具有強(qiáng)大的非線性分析功能，可進(jìn)行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析； 4） 智能網(wǎng)格劃分。 ANSYS 仿真協(xié)同 仿真 環(huán)境的目標(biāo)是，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)流程中仿真環(huán)境的開發(fā)與實(shí)施，搭建一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的、集成多學(xué)科異構(gòu) CAE 技術(shù)的仿真系統(tǒng)。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 8 CAD/CAE 在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）技術(shù)自 50年代初麻省理工學(xué)院 APT程序以來(lái)，即以 其 當(dāng)代 “ 十大技術(shù)革命之一 ” 的旺盛生命力， 蓬勃地發(fā)展起來(lái)。解決的技術(shù)問(wèn)題也 從彈性力學(xué)問(wèn)題拓展到穩(wěn)定問(wèn)題、動(dòng)力問(wèn)題和波動(dòng)問(wèn)題。 4）對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行理論模態(tài)分析，包括自由模態(tài)和約束模態(tài) 。因此 ，驅(qū)動(dòng)橋殼的整體建模是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，建模初期就應(yīng)該適當(dāng)考慮合理的模型簡(jiǎn)化。實(shí)現(xiàn)這些功能也是靠 UG 的各個(gè)模塊獨(dú)立并協(xié)同操作來(lái)完成。 圖 參數(shù)化中的表達(dá)式圖 4） 提取自由變化的參數(shù) 。 4） UG/自由曲面建模模塊，它可將實(shí)體建模和表面建模的技術(shù)合并，建成一個(gè)功能強(qiáng)大的建模工具組。首先建立用于構(gòu)造曲面的邊界曲線，使用 UG 提供的曲面構(gòu)造方法構(gòu)造曲面。因此，為了有利于分析，我們可以對(duì)橋殼模型做合理的簡(jiǎn)化。此處不對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的簡(jiǎn)化模型建模過(guò)程作詳細(xì)敘述。機(jī)械零件在工作時(shí)，不容許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂或者塑性變形，也不允許發(fā)生表面損壞。汽車在行駛過(guò)程中，受到的載荷情況是比較復(fù)雜的，其中彎曲和扭轉(zhuǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的壽命影響很大。此時(shí)左右驅(qū)動(dòng)輪除作用有垂向反作用力外，還作用有地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的最大切向反作用力 。我們 分析 側(cè)滑的臨界狀態(tài)，即汽車側(cè)向加速度超過(guò)一定限制時(shí)， 此時(shí) 汽車內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零 ，從 而引起側(cè)翻。 然后將 UG 幾何模型以 Parasolid 的 方式 導(dǎo)出保存。同時(shí) ， 在 ANSYS Workbench中還提供一種稱為 “ contact sizing” 的專門針對(duì)接觸單元的網(wǎng)格大小控制功能鍵。 沖擊載荷工況 汽車滿載時(shí)后軸載荷為 39200N，按照 倍動(dòng)載荷加到橋殼鋼板彈簧座上，橋殼只承受最大垂直力。 從變形圖上來(lái)看，橋殼最大變形出現(xiàn)在中間下側(cè)過(guò)渡圓弧處，最大變形量為，每米輪距 變形量 為 。見圖 ，最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在鋼板彈簧座外側(cè)尖角處，其值為 。 如圖 所示，最大變形量出現(xiàn)在半軸套管的法蘭盤上，其值為 。 針對(duì)這種“ 危險(xiǎn) ” 情況的出現(xiàn)，下面作進(jìn)一步的分析。 此工況下 約束和載荷 施加情況 如圖 所示，載荷通過(guò)作用力偏置距離為輪胎半徑的方式加在側(cè)滑端半軸套管上（水平方向?yàn)檠?X 軸的橫向力），仍然約束鋼板彈簧座。模態(tài)分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的一種方法，通過(guò)它可以得到固有頻率和振型等系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，要求解的是機(jī)體的固有頻率和振型參數(shù)，固有頻率和外載荷無(wú)關(guān)，結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)固有頻率影響很小。其模型圖如下： 圖 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析網(wǎng)格模型 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析 在典型的模態(tài)分析中唯一有效的 “ 載荷 ” 是零位 移約束，如果在某個(gè) DOF 處指定了非零位移約束，程序?qū)⒁粤阄灰萍s束在該 DOF 處的位置。各階模態(tài)頻率值如下圖 所示： 圖 自由模態(tài)分析頻率柱狀圖 自由模態(tài)的綜合信息如下表 所示： 表 自由模態(tài)分析綜合信息表 模態(tài)階數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率值（ Hz） 0 0 0 最大位移（ m） 最小位移（ m） 模態(tài)階數(shù) 7 8 9 10 11 12 頻率值（ Hz） 最大位移（ m） 最小 位移（ m） 自由模態(tài)分析各階 模態(tài) 所對(duì)應(yīng)的振型圖如下所示： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 38 圖 自由模態(tài)第一階單側(cè)橋殼斜向擺動(dòng)振型圖 圖 自由模態(tài)第六階單側(cè)橋殼上下擺動(dòng)振型圖 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 39 圖 自由模態(tài)第七階垂直 Y 軸 U 形彎曲振型圖 圖 自由模態(tài)第八階垂直 Z 軸 U 形彎曲振型圖 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 40 圖 自由模態(tài)第九階垂直 Z 軸 S 形扭 轉(zhuǎn)振型圖 圖 自由。在計(jì)算自由模態(tài)時(shí)，不加約束與力。在自由振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)的振幅 ??? 不可能全為零，因而式（ ）必有其系數(shù)行列式為零。模態(tài)分析的應(yīng)用可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面： 1） 評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特 性 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，求得結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)參數(shù)，從而評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性是否符合要求，并檢驗(yàn)理論計(jì)