【文章內(nèi)容簡介】 地逼近實際的連續(xù)體和保證計算精度，就需要考慮選擇單元的形狀、確定單元的數(shù)目和確定劃分方案等問題。然后求解的問題就轉(zhuǎn)變?yōu)榍笥邢迋€自由度的節(jié)點位移。有限元法計算精度取決于劃分單元的形狀、大小、數(shù)量和分布情況，通常劃分的單元愈多、愈密集、也就愈能反映實際結(jié)構(gòu)狀況，計算精度愈高，但計算工作量增大，時間增長，因此必須兩方面兼顧，在滿足精度的要求下盡可能減少單元數(shù)目。2. 位移模式的選擇結(jié)構(gòu)離散化完成后，就可以對典型單元進(jìn)行特征分析。為了能用節(jié)點位移表示單元體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變，就必須對單元中位移的分布做出一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標(biāo)的某種簡單的函數(shù)，這種函數(shù)稱為唯一模式或位移函數(shù)。在有限元法應(yīng)用中普遍選擇多項式作為位移模式。其原因是多項式的數(shù)學(xué)運算簡便，并且從所有光滑函數(shù)的局部來看都可以用多項式逼近，即不完全的泰勒級數(shù)。根據(jù)所選定的位移模式，就可以導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元內(nèi)任一點位移的關(guān)系式，其矩陣式是： (21)式中為單元內(nèi)任一點的位移列陣；為單元的節(jié)點位移列陣；為形函數(shù)矩陣，它的元素是位置坐標(biāo)的函數(shù)。3. 單元力學(xué)特性的分析位移模式選定以后進(jìn)行單元力學(xué)特性的分析，包括三個部分內(nèi)容。1　 利用幾何方程，由位移表達(dá)式(21)導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元應(yīng)變的關(guān)系式； (22)式中是單元內(nèi)任一點的應(yīng)變列陣；為單元應(yīng)變矩陣。2　 由應(yīng)變表達(dá)式(22)導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系式； (23)式中為單元內(nèi)任一點的應(yīng)力列陣；是與單元材料有關(guān)的彈性矩陣。3　 由虛功原理建立作用于單元上的節(jié)點力和節(jié)點位移之間的關(guān)系式，單元的剛度方程； (24)式中為單元剛度矩陣，可以推導(dǎo)出： (25)上式的積分遍及整個單元的體積。4. 等效節(jié)點力的計算 彈性體經(jīng)過離散化后，假定力是通過節(jié)點從一個單元傳遞到另一個單元，但是作為實際的連續(xù)體，力是通過公共邊界傳遞。作用在單元邊界上的表面力和作用在單元上的體積力、集中力等都需要等效移置到節(jié)點上去，用等效的節(jié)點力來替代所有作用在單元上的力。移置的方法是按照作用在單元上的力與等效節(jié)點力，在任何虛偽位移上的虛功都相等的原則進(jìn)行。5. 單元迭加建立整個結(jié)構(gòu)的平衡方程集合所有單元的平衡方程，建立整個結(jié)構(gòu)的平衡方程組集總體剛度矩陣、載荷列陣以及節(jié)點位移列陣形成的整個結(jié)構(gòu)的平衡方程為： (26) 6. 節(jié)點位移的求解和單元應(yīng)力的計算由結(jié)構(gòu)的平衡方程組(26)求出節(jié)點位移，再利用公式(23)和求出的節(jié)點位移來計算各單元的應(yīng)力，并加以整理得出所求的結(jié)果。 UG軟件介紹UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 且包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。UG針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。這是一個交互式CAD/CAM(計算機(jī)輔助設(shè)計與計算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)。NX 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決方案。利用 NX 建模，工業(yè)設(shè)計師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀， 并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計概念的審美要求。 NX 包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用模塊。 NX 具有高性能的機(jī)械設(shè)計和制圖功能，為制造設(shè)計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。 NX 優(yōu)于通用的設(shè)計工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計模塊和其他行業(yè)設(shè)計所需的專業(yè)應(yīng)用程序。 UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實現(xiàn)的。UG NX是一個在二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。一個給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值數(shù)學(xué))及計算機(jī)科學(xué)的知識。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因為組合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識。最終軟件的實現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時隨著計算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)【17】。本課題是基于UG軟件建模并有限元分析，在建模環(huán)境中完成鋁合金車輪3D模型，進(jìn)入高級仿真環(huán)境，對車輪劃分網(wǎng)格，這是有限元法中結(jié)構(gòu)離散化的應(yīng)用，將力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為離散模型，指派材料，施加邊界條件，通過求解完成應(yīng)力分析。 車輪模型建立：1. 根據(jù)車輪的裝車情況對設(shè)計的車輪進(jìn)行歸類并初定出車輪的各種裝配參數(shù)。2. 車輪裝配參數(shù)確定后，根據(jù)車輪的外觀形狀和偏距、裝配情況等要素來確定車輪選用正向輪輞還是反向輪輞及其形狀。3. 輪輞確定后就可以根據(jù)裝車的要求、車輪形狀和載荷等確定出車輪安裝和輪輻的初步設(shè)計。4. 根據(jù)輪輻形狀、輪輞形狀和車輪的規(guī)格定義出機(jī)加余量和掏料結(jié)構(gòu)的設(shè)計。5. 對做出的車輪進(jìn)行重量計算和有限元分析，確定是否需要進(jìn)一優(yōu)化車輪的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。6. 如果重量計算和有限元分析合理，即可完成車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計并輸出工程圖紙，如果不合理則重復(fù)上面步驟進(jìn)行更改。 車輪參數(shù)確定及建立模型“火輪”的汽車輪轂輪轂材料為A356(ZAlSiMg)，國內(nèi)牌號為ZLl01A。美國鋁業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)對A356在不同時期的化學(xué)成分有不同的要求，,，其主要化學(xué)成分如表21所示[18]：表21 化學(xué)成分SiMgFeCuMnZnTi百分含量(%) 材料屬性：密度:；彈性模量:；泊松比:；許用應(yīng)力。本車輪模型采用整體式正向輪輞，鋁合金壓鑄。 車輪規(guī)格：167J；16—名義直徑(in)；—表示整體式輪輞；7—表示名義寬度(in)；J—輪輞類型，指深槽輪輞；，即：(mm) 【19】；ET：45mm；PCD：4x100；安裝盤直徑：150mm；設(shè)計載荷：1600(LBS)(1LBS=)。 根據(jù)GB/T34872005 [19]： 5176。J型輪輞輪廓 5degree Jtype rim contour這些尺寸給出了輪輞槽的最小尺寸及其位置，以保證輪胎順利裝、拆。較大的槽底深度更方便無內(nèi)胎氣門嘴的安裝，5176。J型輪輞相關(guān)尺寸要求如下表21所示【19】：表21 5176。J型輪輞主要尺寸要求（單位:mm）輪輞輪廓AL(量規(guī))7J輪輞直徑代號標(biāo)定直徑平峰周長圓峰周長16車輪胎圈座根據(jù)裝胎方向不同也有不同的要求，如表22所示：表22 胎圈座組合組合狀態(tài)內(nèi)側(cè)外側(cè)標(biāo)準(zhǔn)（適用正向輪輞）圓峰平峰選用（適用反向輪輞）平峰圓峰選用圓峰圓峰（凸峰圓角R4取3～6mm）這里采用正向輪輞，即輪輞內(nèi)側(cè)圓峰、外側(cè)平峰。： 內(nèi)側(cè)圓峰結(jié)構(gòu)及尺寸 外側(cè)平峰結(jié)構(gòu)尺寸 胎圈座設(shè)計 Bead seat design： 氣門孔結(jié)構(gòu) Structure of valve hole這樣設(shè)計出輪輞截面圖，： 輪輞截面圖 Wheel rim section為了凸顯藝術(shù)外觀，螺栓孔與通風(fēng)孔結(jié)合的表現(xiàn)形式，本車輪安裝盤設(shè)計為裸露螺栓孔，以及根據(jù)；安裝盤直徑為；為達(dá)到更好的裝配要求，176。角的錐面，并且不進(jìn)行涂裝與電鍍處理，： 安裝盤結(jié)構(gòu) Structure of installation disk輪輻設(shè)計的順序是先根據(jù)車輪的外觀設(shè)計出輪輻正面的輪廓線，再設(shè)計輪輻背面的輪廓線，根據(jù)裝車空間的需要進(jìn)行調(diào)整兩條線的位置，確定輪輻剖截面的設(shè)計，考慮輪輻的受力分布、鋁液順序凝固和補(bǔ)縮通道的需要，靠近輪輞部位的輪輻厚度，在20mm到26mm之間。而靠近安裝盤部位的輪輻厚度，在25mm到32mm之間。本車輪輪輻靠近輪輞部位較薄，厚度為21mm，靠近安裝盤部位初步設(shè)計為30mm,強(qiáng)度分析前未進(jìn)行輪輻掏料。中心孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是需要更多的考慮裝配的關(guān)系，即中心孔與車軸之間、中心孔與卡口蓋之間、中心孔與杯蓋之間的配合。當(dāng)車軸與中心孔之間進(jìn)行配合時，除了保證車輪中心孔與車軸之間的配合為間隙配合外，還要求中心孔有足夠的高度，以保證中心孔或裝飾蓋和車軸頂部不會干涉。： 中心孔結(jié)構(gòu) Structure of center hole： 螺栓孔結(jié)構(gòu) structure of bolt hole 初步設(shè)計出車輪的CAD圖，： CAD草圖 Draft of CAD CAD圖導(dǎo)入UG模型環(huán)境中進(jìn)行建模，“火輪”：“火輪”鋁合金車輪模型 Model of SteamerAluminum Alloy Wheel 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是車輪強(qiáng)度分析的理論基礎(chǔ)、建模軟件的介紹以及中國風(fēng)“火輪”鋁合金車輪模型的建立，通過對有限元法的理解認(rèn)識到怎樣將一個整體的工程構(gòu)建離散化成不同的單元，從而更細(xì)致的去分析工程構(gòu)件各個不同的部分在受力情況下的應(yīng)力分布及位移變化，了解了此次畢設(shè)所用建模軟件UG，初次應(yīng)用UG建模，通過建模來學(xué)習(xí)并掌握UG軟件，最后根據(jù)畢設(shè)指導(dǎo)書的相關(guān)要求設(shè)計出二維圖，在UG中建立鋁合金車輪模型。華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 車輪徑向疲勞的有限元分析第三章 車輪徑向疲勞的有限元分析 車輪徑向疲勞試驗原理 車輪徑向疲勞試驗是模擬汽車正常行駛時路面作用于車輪上的反作用力對車輪疲勞的影響,主要檢查整個車輪的綜合強(qiáng)度。車輪由試驗轉(zhuǎn)鼓帶動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，用以模擬車輪在運行過程中承受車輛垂直負(fù)荷的工況。模擬車輪在行