【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ()（4）、力邊界條件即給定物體表面上的面力，其方程式為： ()（5）、位移邊界條件即給定物體表面上的位移，其方程式為： ()結(jié)構(gòu)體中任何一個(gè)離散單元的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)均可以用上式()、()、 ()三組方程來(lái)進(jìn)行表示。通過(guò)以上三個(gè)方程組并根據(jù)兩個(gè)邊界條件()、()，可以用解析方法或者數(shù)值方法求出整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變以及位移。 結(jié)構(gòu)有限元分析的過(guò)程大概可分為以下6個(gè)步驟【30】~【32】：（1）、結(jié)構(gòu)的離散化結(jié)構(gòu)離散化是將結(jié)構(gòu)物分割成有限個(gè)單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成—個(gè)單元的集合體，以它來(lái)代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)，使力學(xué)模型變成離散模型。結(jié)構(gòu)離散化是有限元分析中重要的一步，關(guān)系到有限元分析的計(jì)算精度及效率。（2）、選擇位移模式 位移函數(shù)是指描述單元中各點(diǎn)位移變化規(guī)律的函數(shù)。一般彈性體受力變形后內(nèi)部各點(diǎn)位移變化情況是很復(fù)雜的，但是，在小單元的區(qū)域面，可以假定位移是坐標(biāo)的某種簡(jiǎn)單的函數(shù)(位移模式或插值函數(shù))來(lái)近似，通常采用多項(xiàng)式作為位移模式。位移矩陣為： （） 式中，為單元內(nèi)任一點(diǎn)位移； 為單元結(jié)點(diǎn)位移； 為形函數(shù)。（3）、分析單元的力學(xué)性能① 由幾何方程，從（）式導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)變?yōu)? （） 式中，為單元應(yīng)變矩陣。② 由本構(gòu)方程，導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示的單元應(yīng)力為 （） 式中，為與單元材料有關(guān)的彈性矩陣③ 由變分原理，建立單元上結(jié)點(diǎn)力與結(jié)點(diǎn)位移間的關(guān)系式——平衡方程為： （） 式中，為單元?jiǎng)偠染仃?，其形式?（4）、集合所有單元的平衡方程，建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程組集總體剛度矩陣，由總體剛度矩陣形成的整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程為 （） （5）、求解未知結(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力 對(duì)平衡方程進(jìn)行求解，解出未知的節(jié)點(diǎn)位移，然后根據(jù)前面給出的關(guān)系式計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力以及單元的應(yīng)力和應(yīng)變。 （6）、整理并輸出結(jié)果 通過(guò)該步驟可以輸出應(yīng)力、應(yīng)變以及位移等值。 （7）、結(jié)合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一系列后續(xù)分析，得到問(wèn)題的最終分析結(jié)果。 求出結(jié)構(gòu)全部結(jié)點(diǎn)位移后，利用分析過(guò)程中已建立的一些關(guān)系，即可以進(jìn)一步計(jì)算單元中的應(yīng)力或內(nèi)力 ，并以數(shù)表或圖形的方式輸出計(jì)算結(jié)果。依據(jù)這些結(jié)果，就可以進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，并達(dá)到輸出最終零件工程圖紙的結(jié)果。 UG NX軟件簡(jiǎn)介 UG NX（原名：Unigraphics）是一個(gè)由西門(mén)子UGS PLM軟件開(kāi)發(fā)，集CAD/CAE/CAM于一體的產(chǎn)品生命周期管理軟件。UGS NX支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程，從概念（CAID），到設(shè)計(jì)（CAD），到分析（CAE），到制造（CAM）的完整流程。 UG從CAM發(fā)展而來(lái)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)麥道飛機(jī)公司成立了解決自動(dòng)編程系統(tǒng)的數(shù)控小組，后來(lái)發(fā)展成為CAD/CAM一體化的UG1軟件。90年代被EDS公司收并，為通用汽車(chē)公司服務(wù)。2007年5月正式被西門(mén)子收購(gòu)；因此，UG有著美國(guó)航空和汽車(chē)兩大產(chǎn)業(yè)的背景。自UG 19版以后，此產(chǎn)品更名為NX。NX 是 UGS 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它可以通過(guò)過(guò)程變更來(lái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專(zhuān)業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來(lái)確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。NX 建立在為客戶(hù)提供無(wú)與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過(guò)程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。NX 使企業(yè)能夠通過(guò)新一代數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。UG NX是一種交互式的設(shè)計(jì)、分析和制造系統(tǒng)，是知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。它提供了產(chǎn)品從模型的設(shè)計(jì)裝配，運(yùn)動(dòng)仿真，有限元分析到加工制造的整個(gè)生命周期，能極大地提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)效率。UG NX的一大優(yōu)勢(shì)在于將設(shè)計(jì)、分析和制造無(wú)縫集成，避免了因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化帶來(lái)的種種問(wèn)題。 UGNX在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)首先利用草繪、特征、實(shí)體、曲線(xiàn)曲面等功能創(chuàng)建三維模型，然后進(jìn)行部件裝配，經(jīng)過(guò)高級(jí)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和結(jié)構(gòu)分析，確定產(chǎn)品的最終結(jié)構(gòu)，最后生成標(biāo)準(zhǔn)圖紙和數(shù)控代碼，進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。利用 UG 【33】。使用 UGNX進(jìn)行模型設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn):(l)操作界面人性化智能化，在進(jìn)行操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能，能顯著提高設(shè)計(jì)效率。(2) 建模方式靈活。有實(shí)體、曲面曲線(xiàn)，特征等多樣化的參數(shù)化建模方式，可以通過(guò)添加孔，凸臺(tái)，鍵槽等常用特征的方式快速創(chuàng)建模型。此外， UGNX還具有創(chuàng)新型的同步建模方式，可以有效地利用尺寸驅(qū)動(dòng)直接進(jìn)行建模，不需要考慮相關(guān)性和約束，能夠快速捕捉設(shè)計(jì)意圖，極大提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)作空間。同時(shí)， UG NX的設(shè)計(jì)分析流程圖將模型的修改時(shí)間大為縮減，顯著提高設(shè)計(jì)效率。(3)裝配設(shè)計(jì)擁有自上而下和自底而上的定義方式，能夠快速定位部件，可以通過(guò)改變部件間的關(guān)聯(lián)性來(lái)改變部件的裝配關(guān)系。(4)將設(shè)計(jì)、仿真分析和制造進(jìn)行了無(wú)縫集成，使得產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)變得準(zhǔn)確快速。 本章主要介紹了本論文中用到的主要的理論知識(shí)：介紹有限元法的原理以及結(jié)構(gòu)有限元分析的基本過(guò)程，并對(duì)通用建模分析軟件UG NX進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹；45華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車(chē)輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三章 鳳舞汽車(chē)輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 汽車(chē)輪轂主要由輪輞、輪輻兩部分組成。在輪輻的安裝面上分布有中心孔和螺栓孔。輪轂的主要作用有【34】： (l)支撐整車(chē)重量。 (2)緩和由路面?zhèn)鱽?lái)的沖擊力。 (3)將輪胎同路面間存在的附著作用所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力傳遞給車(chē)體。 (4)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，在保證汽車(chē)正常轉(zhuǎn)向行駛的同時(shí)，通過(guò)輪轂產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車(chē)保持直線(xiàn)行駛方向。 (5)承擔(dān)越障和提高車(chē)輪通過(guò)性。 鳳舞鋁合金汽車(chē)輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于滿(mǎn)足顧客需求的功能非常重要，其重要度僅次于材料的重要度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接決定著整個(gè)合金汽車(chē)輪轂的性能。 輪轂造型分為一件式、兩件式以及三件式等不同類(lèi)型。兩件式的輪轂是由內(nèi)件和外件通過(guò)焊接或者機(jī)械連接等方式組合而成。三件式的往往是由一個(gè)中心部件和兩個(gè)外圓件組成，各部件之間一般通過(guò)機(jī)械連接的方式組合在一起。本研究所設(shè)計(jì)輪轂采用一件式，即輪輞和輪輻是一個(gè)整體。 輪輞是輪轂上與輪胎直接配合的部分，其尺寸形狀有具體的國(guó)標(biāo)規(guī)定。輪輞的常見(jiàn)類(lèi)型有深槽輪輞、平底輪輞、對(duì)開(kāi)式輪輞、半深槽輪輞、深槽寬輪輞、平底寬輪輞以及全斜底輪輞。本文所設(shè)計(jì)的輪轂采用整體式的深槽輪輞。這種形式的輪輞截面中間部位是一個(gè)深凹槽，有利于汽車(chē)輪胎的拆卸。在兩側(cè)部位是帶有肩部的凸緣，用來(lái)安裝固定外胎的胎圈。這種輪輞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度較大，且質(zhì)量較小，常用于轎車(chē)和小型越野車(chē)上。本研究的設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一款應(yīng)用在轎車(chē)上的具有中國(guó)風(fēng)特色的鋁合金汽車(chē)輪轂，并對(duì)設(shè)計(jì)出的輪轂進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車(chē)輪轂的要求，選擇一種用于小型汽車(chē)輪轂上的輪輞類(lèi)型。具體選用型號(hào)為5度深槽輪輞J型正向輪輞。、。所設(shè)計(jì)的輪輞尺寸為英寸的5度深槽正向輪輞。本課題選用內(nèi)側(cè)圓峰、外側(cè)平峰的胎圈座組合。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）輪輞標(biāo)準(zhǔn)輪緣高度H1凸峰高度H2胎座寬度P1平峰寬度P2輪緣圓角R2胎座圓角R3胎座側(cè)圓角R4輪緣厚度P3TRA標(biāo)準(zhǔn)～4min4max11min。 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸（mm） 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸和形狀(mm)。 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸（mm）輪輞標(biāo)準(zhǔn)輪緣高度H1胎座寬度P1輪緣厚度P3輪緣圓角R2胎座圓角R3凸峰圓角R5凸峰側(cè)圓角R4凸峰側(cè)圓角R6TRA標(biāo)準(zhǔn)21min11min8min3min3min 輪輞圓周凸峰輪廓參考尺寸和形狀(mm) 氣門(mén)孔位置、。 氣門(mén)孔尺寸和位置其中。 氣門(mén)孔尺寸（mm）H1，H2，H3。 輪輞截面圖 輪輻是連接輪輞和汽車(chē)底盤(pán)上車(chē)軸一端的部分，按形式可以分為輻板式和輻條式。輪輻的形狀千變?nèi)f化，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，但設(shè)計(jì)時(shí)一般從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，散熱性和美觀性等方面考慮，既要保證輪輻有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又要有符合用戶(hù)審美觀的形狀，同時(shí)還要有較好的散熱性。輪輻是輪轂上影響輪轂整體重量和強(qiáng)度的重要部分，由于其形狀和尺寸沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以成為輪轂設(shè)計(jì)的主要部分。輪輻設(shè)計(jì)的成敗直接影響著輪轂的整體質(zhì)量和美觀性。目前，汽車(chē)輪轂中輪輻的形狀多種多樣，有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等各種形狀不同的設(shè)計(jì)，正在向多樣化方向發(fā)展。位于輪輻安裝面上的中心孔和螺栓孔要與車(chē)軸裝配在一起，因此，它們的尺寸有一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。主要的安裝尺寸有：（1）孔距：螺栓安裝孔的中心連接而成的節(jié)圓直徑。（2）偏位值:輪圈安裝面和輪圈中心線(xiàn)的距離。其中中心線(xiàn)是指通過(guò)輪圈側(cè)斷寬面的平分線(xiàn)。安裝面是和汽車(chē)剎車(chē)鼓相連接的輪圈中心后部的表面。偏位值有三種，當(dāng)安裝面凸向輪圈內(nèi)部，此時(shí)偏位值為負(fù)數(shù)，叫負(fù)偏位值。當(dāng)安裝面凹向輪圈內(nèi)部，此時(shí)偏位值為正數(shù)，叫正偏位值。當(dāng)安裝面與輪圈中心線(xiàn)重疊時(shí)，此時(shí)偏位值為零，叫零偏位值。 （3）螺栓孔:輪轂上的螺栓孔通常設(shè)計(jì)為錐形的，其作用是方便輪轂對(duì)中。本研究采用錐形螺栓孔【35】。 UG提供了強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能，可以利用參數(shù)建模和特征建模方式建立輪轂?zāi)Ｐ?，本研究采用特征建模方式建模。本研究所設(shè)計(jì)輪轂為一軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，在建模時(shí)首先利用旋轉(zhuǎn)體功能生成輪轂主體部分。然后，在主體模型上修剪出輻板之間的空腔，添加螺栓孔、倒圓角等細(xì)節(jié)特征【36】。其中，輪輞為5度深槽J型正向輪輞，輪輞部分的輪廓形狀尺寸按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的輪輞尺寸繪制。 輪轂二維圖從圖中可以看出。中心孔直徑取為67mm，偏位值取為+45mm。輪輻部分的外表面為弧形，為了減小應(yīng)力集中，在輪輻與輪輞相交的部位設(shè)置有較大的圓角過(guò)渡區(qū)域。在所設(shè)計(jì)的汽車(chē)輪轂主體部分基礎(chǔ)上，創(chuàng)建曲面，利用修剪體功能修剪出鳳舞輪轂的效果曲面。最后在輪轂的安裝面上創(chuàng)建3個(gè)螺栓孔，螺栓孔的節(jié)圓直徑為106mm，螺栓孔直徑為15mm。 本章小結(jié)本章先是介紹了“鳳舞”鋁合金輪轂CAD圖的設(shè)計(jì)過(guò)程。本研究所設(shè)計(jì)的汽車(chē)輪轂規(guī)格為167英寸。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定整體造型為一體式，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選擇輪輞型號(hào)。然后確定輪轂上各個(gè)裝配尺寸，最后確定輪輻的形狀，設(shè)計(jì)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)感較強(qiáng)，外形融合了中國(guó)元素的“鳳舞”汽車(chē)輪轂。然后利用 UG NX 。華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車(chē)輪轂的徑向疲勞分析第四章 鳳舞汽車(chē)輪轂的徑向疲勞分析 輪轂是車(chē)輛行駛系的主要部件之一，是汽車(chē)與地面之間的傳力元件，起著承載、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)等作用。特別是近年來(lái)，隨著車(chē)速的提高，輪轂的性能成為直接影響汽車(chē)制動(dòng)安全性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等重要指標(biāo)的關(guān)鍵因素．美國(guó)一份關(guān)于卡車(chē)事故的研究報(bào)告指出：在1588 起事故中，有33 .5％是“車(chē)輪、軸承和輪胎”組件的失效所造成的，其中輪轂緊固件又占了很大的比額。事故原因歸于輪轂的部分是如此之大，因此就有必要對(duì)輪轂的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行研究。 輪轂的強(qiáng)度和剛度與乘車(chē)人的安全和車(chē)輛的性能息息相關(guān)。一方面，如果輪轂的剛度不夠，在行駛時(shí)遇到?jīng)_擊載荷就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，輪轂是一個(gè)動(dòng)平衡的部件，局部的塑性變形會(huì)破壞輪轂原有的的性能從而影響到整車(chē)的平順性，動(dòng)不平衡的輪轂會(huì)破壞乘坐的舒適性，還會(huì)帶來(lái)沖擊載荷使零部件遭到破壞，高速行駛的汽車(chē)遇到這種情況必將車(chē)毀人亡，后果是慘痛的。另一方面，輪轂的強(qiáng)度和剛度如果過(guò)大，這必然會(huì)增加輪轂的質(zhì)量，增大輪輻和輪輞的厚度。輪轂是旋轉(zhuǎn)工作的部件，輪轂質(zhì)量的增加給整車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量帶來(lái)的影響比其他任何部分質(zhì)量增加所帶來(lái)的影響都嚴(yán)重，它會(huì)使整車(chē)的平順性變壞，油耗增加，加速性能變差【11】。因此，我們的研究目的就是使輪轂在滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，盡量減少質(zhì)量，使整車(chē)具有更好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和平順性。 輪轂是一個(gè)承受隨機(jī)疲勞載荷的旋轉(zhuǎn)薄殼結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有孔洞，沖有筋條，形狀復(fù)雜：同時(shí)，汽車(chē)在行駛中所受到的各種載荷向輪轂的傳遞也十分復(fù)雜；此外，它還受充氣、聯(lián)接螺栓擰緊力矩以及過(guò)盈配合等所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的作用．因此，輪轂受力復(fù)雜，斷面上應(yīng)力分布變化梯度大。輪轂的幾何形狀和力學(xué)特征的復(fù)雜性給研究工作帶來(lái)很大的困難，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的解析數(shù)學(xué)或力學(xué)的