【正文】 劉老師的指導犀利明晰，直入重點，往往很快就能抓住問題的本質(zhì)，給予了我極大的啟發(fā)；劉老師治學嚴謹，對學生要求嚴格，這讓我意識到在學術研究中要有一絲不茍，尊重事實的科學態(tài)度；另外，劉老師還主動關懷我們的學習生活情況，鼓勵大家追求進步，他樸實的話語讓我們感到親切和溫暖。 本章小結本章首先設定橋殼本體的厚度由原來的15mm減小為14mm，然后對改進后的橋殼模型進行有限元分析，分別得到它在最大垂向力工況下的應力應變分布情況和前六階自由模態(tài)及約束模態(tài)，通過對比情況，發(fā)現(xiàn)改進后橋殼仍然符合各項工作要求，同時達到了輕量化的目的。橋殼本體部分整體承受的應力均較小，材料的強度十分富余，說明橋殼本體的厚度偏大,材料使用不夠充分，存在浪費的可能性，有必要對其進行更進一步的分析，以達到輕量化的目的。從第七階開始，得到了以后的6階國有模態(tài)。在板簧支座處加載相應的垂直向下的載荷，在右側輪距處施加側向力，ANSYS計算可得 Mises 應力分布云圖和等效位移分布云圖： Mises 應力分布云圖 等效位移分布云圖側翻情況下，橋殼右側受載較為嚴重，最大應力發(fā)生在右側輪距處。約束的添加也十分重要，一方面，要添加足夠的約束，防止模型發(fā)生剛性位移，同時，要力求簡單直觀，便于分析和計算。半軸套管部位的結構較為規(guī)則，采用solid185六面體單元劃分，可以提高計算精度，節(jié)省計算資源。為了建立正確合理的有限元模型，劃分網(wǎng)格時應明確下列問題[20]： （1)網(wǎng)格數(shù)量：網(wǎng)格數(shù)量的多少將直接影響到計算的精度和規(guī)模。 ANSYS簡介ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，它是世界范圍內(nèi)增長最快的CAE軟件，能夠進行包括結構、熱，聲、流體以及電磁場等學科的研究。數(shù)值模擬在某種意義上比理論和試驗對問題的認識更為深刻。對三維模型進行檢查，確認無誤后將其保存為CATIA的裝配圖格式。 則左右車輪的支承反力為 (29) (210) 當汽車側翻發(fā)生在側滑之前時,地面對左側車輪的支撐力為零，則： (211)其中，為地面對車輪的側向力。 半浮式半軸 全浮式半軸 半軸的支承型式 驅(qū)動橋殼的受力計算在不同的工況下，驅(qū)動橋殼的受力情況不同。驅(qū)動橋殼是驅(qū)動橋中主減速器、差速器和半軸的保護裝置，是汽車的直接承載部件[12]。在仿真的基礎上，采用多種優(yōu)化設計方法，除去多余的材料，提高材料利用率，同時保證橋殼的剛度、強度和疲勞壽命符合要求。在日本，汽車驅(qū)動橋殼的強度分析也較早地使用了有限元分析方法。這導致車輛的材料成本增加，油耗高，排放污染嚴重，綜合使用性能差，與安全、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展方向背道而馳。汽車驅(qū)動橋殼必須具有足夠的強度、剛度、動態(tài)特性和疲勞壽命。目前，國內(nèi)相當一部分驅(qū)動橋殼制造商普遍采用力學簡化計算與經(jīng)驗設計相結合的方法對橋殼進行結構設計。但是這種試驗的方法只有在生產(chǎn)出橋殼樣品時才可使用，具有相當?shù)拿つ啃院途窒扌浴Ｆ渲?，當前主要的汽車輕量化措施是采用輕質(zhì)材料。 （6）將優(yōu)化后的驅(qū)動橋殼與輕量化之前的橋殼各個指標進行對比,確認輕量化設計方案的可行性。 中型載貨汽車驅(qū)動橋殼結構方案經(jīng)濟性分析 橋殼結構形式橋殼稱重/N廢屑稱重/N材料價格/%工廠成本/%可鍛鑄鐵鑄造的整體式橋殼100100鋼板沖壓焊接整體式橋殼637495267半軸是驅(qū)動橋內(nèi)主要的傳動裝置,根據(jù)半軸在輪端的受力情況不同,半軸可以分為兩種類型,即全浮式和半浮式。當汽車所承受的側向力達到地面給車輪的側向反作用力的最大值時，汽車處于臨界狀態(tài)，側向力一旦超過側向附著力，則汽車將產(chǎn)生側滑。 （2）省去了橋殼后端蓋。如果有這樣一種分析工具，可以在試制樣品之前就對詳細設計得到的產(chǎn)品方案進行仿真模擬，及時發(fā)現(xiàn)和改進問題，就能有效地消除設計中的盲目性，基本上能夠在詳細設計過程中就擬定最終的比較可靠的產(chǎn)品方案。（3）碰撞與安全性分析。建立驅(qū)動橋殼的有限元模型需進行如下步驟：（1） 導入三維模型。對于本文中討論的驅(qū)動橋殼，選取solid185和solid187兩種實體單元。本文中涉及的載荷形式主要是集中力、扭矩和均布載荷。橋殼本體部分的應力均較小，在123MPa以下，遠小于橋殼本體的屈服強度。分塊法的操作方法是首先提取模態(tài)階數(shù),通常設置為12，然后再擴展模態(tài)階數(shù),設置為12,最后求解頻率范圍為0一IOOOHZ。分析表明，橋殼的各階固有頻率均大于路面作用和汽車振動系統(tǒng)的激勵頻率，說明正常工作條件下驅(qū)動橋殼不會發(fā)生由路面和汽車振動系統(tǒng)激勵所引起的共振，這對于保證汽車的平順性十分有利。因此可知，通過改進，在保證使用要求的條件下，明顯改善了橋殼應力的分布狀況，尤其使橋殼本體的材料得到了較為充分的利用。同時，在畢設過程中老師和同學們都給與了我極大的幫助，他們讓我感受到了溫暖和鼓舞。感謝我的家人和朋友們，是他們時刻鞭策我去努力，去奮斗。（2）對橋殼的構造、類型、材料等進行了簡要介紹，并且分析了驅(qū)動橋殼在最大垂向力、最大牽引力、最大制動力、最大側向力等四種典型工況下的受力情況。對于驅(qū)動橋殼的結構優(yōu)化，可以選取橋殼本體的厚度作為設計變量，取橋殼的最大應力和等效位移作為狀態(tài)變量，使最大應力不超過材料的屈服強度。取一般情況下驅(qū)動橋殼所受到的約束，即約束左右輪距處節(jié)點Y、Z方向的位移，約束板簧座處節(jié)點X方向的位移和繞X軸的轉動。 本章小結本章分別對處于最大垂向力、最大牽引力、最大制動力、最大側向力等四種典型工況下的驅(qū)動橋殼進行了靜力計算，得到了幾種工況下橋殼各部位的應力分布和位移情況。 幾種典型工況下的靜力分析 在靜力分析得到的結果中， Mises 應力分布云圖和等效位移分布云圖根據(jù)橋殼不同部位的等效應力的大小和等效位移的大小，將橋殼的不同部位附上不同的顏色。經(jīng)過網(wǎng)格劃分，該模型共有單元38348個，節(jié)點16346個。靜力分析中，若僅僅考慮變形，可以劃分較少的網(wǎng)格，若要計算應力，則需要劃分較多網(wǎng)格；動態(tài)分析時，如果僅僅計算較低模態(tài)，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些，如果要計算更高階模態(tài)，應增加網(wǎng)格數(shù)量。包括靜力分析、模態(tài)分析、諧響應分析、瞬態(tài)動力學分析、特征屈曲分析及專項分析。 （4）一次投資，長期受益。對于不同問題，有限元方法的求解步驟基本是相同的，有限元方法求解問題的基本步驟通常為：前處理：前處理包括建立有限元模型，輸入材料特性，施加邊界條件和載荷，以及檢查有限元模型等步驟。 3 驅(qū)動橋殼幾何模型與有限元模型的建立 驅(qū)動橋殼幾何模型的建立 建立驅(qū)動橋殼的幾何模型包含兩個方面的工作，一是根據(jù)CAD圖紙建立三維模型；二是根據(jù)分析的需要對三維模型進行簡化，以便于有限元分析的進行。在鋼板彈簧座處橋殼承受汽車的簧上載荷，沿左右車輪的中心線，地面給輪胎以反力，橋殼則承受此力與車輪重力之差值，即，計算簡圖如下： 橋殼靜彎曲應力計算 橋殼按靜載荷計算時，在其鋼板彈簧座之間的彎矩M為 (21) 式中: —汽車滿載靜止于水平地面時驅(qū)動橋給地面的荷載,N； —車輪(包括輪毅、制動器在內(nèi))的重力,N。另外，驅(qū)動橋殼設計的合理性，還取決于能否提高材料利用率，降低成本，改善車輛的燃油經(jīng)濟性。這有效地節(jié)省了原料，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。南京理工大學的孫忠云[8]在其碩士畢業(yè)論文中進行了基于可靠性優(yōu)化的汽車驅(qū)動橋殼設計研究。通過建立汽車驅(qū)動橋殼的有限元仿真模型，對其進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、疲勞壽命分析和結構優(yōu)化，可以進一步修正模型，使驅(qū)動橋殼在滿足強度、剛度、動態(tài)特性和疲勞壽命等要求的同時，最大限度的減輕重量，減少材料消耗[3]。然后在最大垂向力工況、最大牽引力工況、最大制動力工況和最大側向力工況等四種典型工況下對橋殼進行了靜力分析,得到橋殼在四種典型工況下的應力分布和變形情況；對橋殼進行模態(tài)分析,得到橋殼在自由狀態(tài)下的前12階固有頻率和振型及在約束狀態(tài)下的前6階固有頻率和振型；對驅(qū)動橋殼進行了優(yōu)化設計，在保證橋殼強度和剛度合格的條件下減少了材料的用量。另外，合理地設計驅(qū)動橋殼，不僅可以提高材料利用率，降低成本，改善車輛的燃油經(jīng)濟性，還能有效提高汽車的平順性和舒適性。汽車輕量化是節(jié)能環(huán)保的有效措施，而作為載貨車重要構件的驅(qū)動橋殼的輕量化設計更是研究的重點。汽車輕量化的主要途徑是[10]：①在保證規(guī)格主參數(shù)尺寸基本不變的前提下，持續(xù)優(yōu)化主流規(guī)格車型，不斷提升整車結構強度，降低材料消耗；②采用輕質(zhì)材料。 （3）對模型進行網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格修改、材料屬性定義、施加約束載荷,建立驅(qū)動橋殼的有限元模型。橋殼本體由鋼板沖壓而成，橋殼本體與凸緣之間，凸緣與半軸套管之間均采用焊接的方式相連接。（設地面對后驅(qū)動橋左右輪的垂向反力相等） 最大牽引力行駛時的受力簡圖 （24） 式中：—汽車滿載靜止于水平地面時給地面的總載荷； —汽車質(zhì)心高度；而作用在左右驅(qū)動車輪上的轉矩所引起的地面對驅(qū)動車輪的最大切向反作用力（即汽車驅(qū)動力）為： （25）式中：—發(fā)動機最大轉矩，； —變速器一檔傳動比； —驅(qū)動橋的主減速比； —傳動系的傳動效率； —驅(qū)動車輪的滾動半徑； 最大制動力工況 汽車緊急制動時的受力情況如下圖所示：