【文章內容簡介】 (28) 其中，取地面的最大側向力系數(shù)。 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。通過力學的平衡方程，可以求得鋼板彈簧座的垂向力。 本章小結本章主要對橋殼的構造、類型、材料等進行了簡要介紹，并且分析了驅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，為下章對橋殼的有限元模型施加載荷和約束提供了參考。 3 驅動橋殼幾何模型與有限元模型的建立 驅動橋殼幾何模型的建立 建立驅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。 本文中研究的驅動橋殼及汽車的部分參數(shù)如下： 汽車及驅動橋殼的部分參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù) 汽車整備質量 6430kg 汽車總質量 17510kg軸距4300mm后輪距 前軸載荷系數(shù)（空載）48%后軸載荷系數(shù)（空載52%前軸載荷系數(shù)（滿載）30%后軸載荷系數(shù)（滿載）70%輪胎（直徑1125mm）主減速比后板簧中心距1030mm發(fā)動機最大功率（2100r/min）發(fā)動機最大扭矩（1300r/min）汽車最高行駛速度80km/h變速器傳動比i1= i2= i3= i4= i5= i6=1橋殼自重橋殼型式整體沖焊式 驅動橋殼的CAD結構如圖： 驅動橋殼結構圖 根據(jù)CAD結構圖，在CATIA中建立驅動橋殼的三維模型。首先，作出橋殼本體部分的草圖： 圖 驅動橋殼本體部分二維草圖由于驅動橋殼是對稱結構，故可以先做出一半模型，最后使用鏡像命令，驅動橋殼的一半模型為： 驅動橋殼一半模型 上圖中，橋殼本體的厚度為15mm。半軸套管變截面的臺階結構用于安裝兩對圓錐滾子軸承。為了便于在有限元分析中對橋殼劃分模型劃分網格和定義材料屬性，驅動橋殼模型采用裝配設計，將鋼板彈簧座和驅動橋殼本體裝配在一起。鋼板彈簧座與驅動橋殼本體間采用焊接的方式連接，傳力方式相當于剛性連接。最終得到的驅動橋殼的三維模型如下圖： 驅動橋殼三維模型 由上圖可以看到，所建立的驅動橋殼三維模型是經過簡化處理的。對橋殼模型進行簡化，一方面，可以減小建模的難度，另一方面也有利于對橋殼進行網格劃分，節(jié)省計算資源。同時，對橋殼上的細微結構進行簡化處理，對于最終的有限元分析結果的影響較小，仍然可以認為簡化模型的有限元分析結果比較接近于實際情況[16]。驅動橋殼的的簡化主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）省去了放油口、加油口、固定油管、橋殼中部的開口槽、板簧座的中心孔等幾何結構。 （2）省去了橋殼后端蓋。 （3）忽略主減速器對于橋殼的支承作用。 （4）忽略半軸套管處軸徑的細微變化，忽略臺階，簡化成一段直徑相同的軸套。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。 有限元分析方法 有限元分析簡介有限元分析是利用數(shù)學近似的的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的的元素（即單元），用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。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。求解：求解過程在求解器中進行，求解器能夠解答線性和非線性的、靜態(tài)的、動態(tài)的、屈曲、熱傳導和勢位能等分析問題。后處理：后處理包括輸出位移和應力云圖，根據(jù)各種失效準則，諸如允許的最大偏移、材質的疲勞強度等指標來比較有限元分析結果。有限元分析方法的進步誕生了新興的跨專業(yè)和跨行業(yè)的學科。作為一種新近發(fā)展起來的數(shù)值模擬分析技術，CAE越來越受到工程技術人員的重視和青睞。CAE技術的引進，使企業(yè)的產品開發(fā)過程產生了重大變化，下面兩幅框圖就說明了CAE技術的引進對企業(yè)產品開發(fā)流程產生的影響[17]。 傳統(tǒng)產品設計流程圖 從圖中可以看出，傳統(tǒng)的產品設計流程中充斥著大量重新設計的可能性。在樣品的測試實驗階段，甚至是產品的大規(guī)模生產之后，如果發(fā)現(xiàn)產品不合格，就要重新對產品進行詳細設計。之所以會出現(xiàn)這樣的情況，根源在于缺乏對詳細設計得到的產品方案進行模擬仿真和評估的工具。這導致整個設計過程趨于盲目性和經驗性。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品方案。CAE技術的引入就使得這一設想變?yōu)楝F(xiàn)實。 引入CAE后產品設計流程圖 CAE的重要性體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）CAE本身就可以看作成一種實驗。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。 （2）CAE可以直觀地顯示目前還不易觀測到的，說不清楚的一些現(xiàn)象。 （3）CAE促進了試驗的發(fā)展，對試驗方案的科學制定、實驗過程中測點的最佳位置、儀表量程等的確定提供了更可靠的理論指導。 （4）一次投資，長期受益。據(jù)統(tǒng)計，應用CAE技術后，開發(fā)期的費用占開發(fā)成本的比例，從80%—90%下降到8%—12%。 有限元分析在汽車設計中的應用CAE作為一項跨學科跨行業(yè)的數(shù)值模擬分析技術，越來越受到科技界和工程界的重視，在汽車工業(yè)研究中的應用也越來越廣泛。運用CAE技術，新產品開發(fā)涉及到的疲勞、壽命、振動、噪聲等強度、剛度和振動問題，可較好地在設計階段解決，這樣就可以大幅度提高設計質量，縮短產品開發(fā)周期，節(jié)省大量開發(fā)費用。CAE分析范圍覆蓋了結構、流體力學、多體動力學、被動安全、工藝、整機和整車性能等方方面面。概括起來，目前汽車開發(fā)過程中的CAE分析主要包括以下幾個方面[18]：（1）結構強度、剛度和模態(tài)分析及結構優(yōu)化設計。汽車結構的有限元分析體現(xiàn)在：一，在汽車設計中對所有的結構件、主要機械零部件的剛度、強度和穩(wěn)定性進行分析；二，在汽車結構分析中普遍采用有限元法來進行各構件的模態(tài)分析，計算出各構件的動態(tài)響應，可以真實地描繪出各部件的動態(tài)過程；三，在靜力分析和動態(tài)分析的基礎上對結構進行優(yōu)化設計，使結構在保證使用要求的同時減少材料使用，降低產品成本。有限元分析在汽車結構上的應用實踐證明其可以從根本上提高車身設計水平，并降低研制成本。（2）NVH的有限元分析。CAE分析有助于分析汽車各個系統(tǒng)和部件的振動特性，在汽車設計過程中，消除可能出現(xiàn)的振動耦合現(xiàn)象，從而提高整車的振動和噪聲控制水平。（3）碰撞與安全性分析。對建立的整車有限元模型進行整車碰撞的模擬仿真，得到碰撞后車身的變形結果和碰撞過程中模型的能量與速度變化曲線。從而可以直觀地掌握了汽車在碰撞過程中速度、變形和能量等參數(shù)的變化情況。 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。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航天航空、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)藥、輕工、地礦、水利、日用家電等領域有著廣泛的應用。ANSYS功能強大，主要可以進行下列分析[19]：（1）結構分析。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。（2）ANSYS熱分析。熱分析的類型包括相變、內熱源、熱傳導、熱對流及熱輻射。（3）ANSYS電磁分析。磁場分析的類型包括靜磁場分析、交變磁場分析、瞬態(tài)磁場分析、電場分析、高頻電磁場分析等。（4）ANSYS流體分析。流場分析的類型包括CFD、聲學分析、容器內流場分析、流體動力學耦合分析。（5）ANSYS耦合場分析，主要考慮兩個和多個物理場之間的相互作用，例如，在壓電力分析中，需要同時求解電壓分布（電場分析）和應變（結構分析）。 ANSYS分析過程主要包括三個步驟：前處理、加載并求解、后處理。 ANSYS中建立橋殼的有限元模型有限元模型的建立是對驅動橋殼進行有限元分析的第一步，主要工作包含將CATIA建立的三維模型導入到ANSYS中、劃分網格、添加材料屬性和施加約束和載荷等。建立驅動橋殼的有限元模型需進行如下步驟：（1） 導入三維模型。啟動ANSYS，使用import命令將建好的三維模型導入ANSYS中。導入的模型如下： 導入后的幾何模型（2） 進行網格劃分網格劃分是建立有限元模型的一個十分重要的環(huán)節(jié)，所劃分的網格將對計算精度和計算規(guī)模產生直接影響。為了建立正確合理的有限元模型，劃分網格時應明確下列問題[20]： （1)網格數(shù)量：網格數(shù)量的多少將直接影響到計算的精度和規(guī)模。當網格數(shù)量增加時，計算精度一般會有所提高，但同時計算規(guī)模也會增加。當網格數(shù)量增到達一定規(guī)模后，繼續(xù)增加網格數(shù)量對于提高精度的影響很小，但會極大地增加有限元分析的計算時間。靜力分析中，若僅僅考慮變形，可以劃分較少的網格，若要計算應力，則需要劃分較多網格；動態(tài)分析時，如果僅僅計算較低模態(tài)，網格數(shù)量可以少一些，如果要計算更高階模態(tài)，應增加網格數(shù)量。(2)單元階次：高階單元指的是具有二次或三次形式的單元。高階單元具有節(jié)點數(shù)多，精度更高的特點。如果結構、應力分布或變形較