【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 施和建議。有限元法在橋殼設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：(1) 橋殼垂直彎曲的靜力分析：主要是計(jì)算橋殼的垂直彎曲強(qiáng)度和剛度。方法是將橋殼兩端固定，在彈簧座處施加載荷，當(dāng)橋殼承受滿載軸荷時(shí)，，橋殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形[8]。(2) 橋殼模態(tài)分析:通過(guò)計(jì)算，得到整個(gè)橋殼在自由狀態(tài)下的固有頻率和固有振型，以分析橋殼的動(dòng)態(tài)特性。(3) 橋殼動(dòng)載荷分析:求得橋殼和彈簧系統(tǒng)在垂直激勵(lì)作用下的響應(yīng)以及動(dòng)應(yīng)力，找到驅(qū)動(dòng)橋殼典型部位以及破壞的確切位置。(4) 橋殼隨機(jī)振動(dòng)分析:在兩側(cè)車輪的垂直方向輸入標(biāo)準(zhǔn)路譜，計(jì)算橋殼關(guān)鍵部位處的功率譜。(5) 橋殼疲勞壽命分析:應(yīng)用有限元法預(yù)測(cè)橋殼疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，或者比較在給定載荷下部件的不同設(shè)計(jì)造成疲勞壽命的差異。受力與約束條件處理恰當(dāng)，就可以得到較理想的計(jì)算結(jié)果，且可以得到比較詳細(xì)的應(yīng)力和變形分布情況，以及應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力變化趨勢(shì)，這些都是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以做到的。第三章 驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)受力及強(qiáng)度分析 本商用車主要參數(shù)本文主要對(duì)中型商用車驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度進(jìn)行分析。整備質(zhì)量（ kg）4850裝載質(zhì)量（ kg）5000最高車速（km/h）90軸距（mm）2500輪距(mm)1740最大功率（Kw）117最大扭矩(NM)560減速器傳動(dòng)比 輪胎規(guī)格 驅(qū)動(dòng)橋橋殼受力的典型計(jì)算工況汽車的行駛條件如道路情況以及汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是復(fù)雜多變的，在實(shí)際行駛過(guò)程中的工況極其復(fù)雜，對(duì)于全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋橋殼的強(qiáng)度計(jì)算與半軸強(qiáng)度計(jì)算的三種載荷工況相同：1．汽車滿載行駛通過(guò)不平路面承受沖擊荷載時(shí)，車輪承受最大鉛垂力工況；2．汽車滿載并以最大牽引力行駛或緊急制動(dòng)時(shí)，車輪承受最大切向力工況：3．汽車滿載側(cè)滑時(shí)，車輪承受最大側(cè)向力工況[3,20]；只要在這三種典型工況下，橋殼的強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為該橋殼在汽車的各種行駛條件下是可靠的， 受力簡(jiǎn)圖： 橋殼受力簡(jiǎn)圖圖中 Fx2i，F(xiàn)x2o——左右側(cè)車輪在水平面內(nèi)的牽引力或制動(dòng)力；Fy2i，F(xiàn)y2o——內(nèi)外側(cè)車輪所受的側(cè)向力；Fz2i，F(xiàn)z2o——左右側(cè)車輪的地面垂直反力；hg，rr——分別為滿載質(zhì)心高度和車輪滾動(dòng)半徑； 橋殼承受最大垂向力工況 此處省略NNNNNNNNNNNN字?？劭郏壕牌咭痪哦惆肆懔?另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯根據(jù)這種典型工況即汽車滿載通過(guò)不平路面承受沖擊荷載時(shí)，車輪承受最大鉛垂力的極限工況進(jìn)行靜力分析。汽車在此工況下受垂向動(dòng)載荷。根據(jù)文獻(xiàn)。ZL=b/(a+b) (31)ZR=a/(a+b) (32) 式中：ZL， ZR——分別是施加在左、右鋼板彈簧座上的載荷，N；G——后橋殼滿載軸荷，N；a——左邊鋼板彈簧座中點(diǎn)與橋殼中央點(diǎn)的距離，m；b——右邊鋼板彈簧座中點(diǎn)與橋殼中央點(diǎn)的距離，m；對(duì)于左右對(duì)稱的橋殼(本文所研究的橋殼模型為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，a=b)ZL= ZR=(33)由查文獻(xiàn)得，該車滿載時(shí)后軸的重量為整車重量的70%，故：ZL= ZR=（4850+5000）P=F/S=104/(10080106 )= MPa 橋殼承受最大牽引力工況汽車滿載在以最大牽引力行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩工作，橋殼主要承受垂向力和最大牽引力。為使計(jì)算簡(jiǎn)化，不考慮側(cè)向力，僅按汽車作直線運(yùn)動(dòng)計(jì)算，另從安全系數(shù)方面作適當(dāng)考慮。此時(shí)左右驅(qū)動(dòng)輪除作用有垂向反力外, 還作用有地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的最大切向反作用力(及牽引力) , 最大牽引力大小為:Pmax= Tmax ig1ig0ηt/rr (34)式中：Tmax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，Nm；ig1——變速器I擋傳動(dòng)比；ig0——驅(qū)動(dòng)橋的主減速比；ηt——傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率；rr——驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑。根據(jù)汽車的參數(shù)選得：以解放牌平頭式載貨汽車，車輛型號(hào)為CA1108PK212為例,發(fā)動(dòng)機(jī)為CA4DF216，其額定功率：117KW 2300r/min。最大轉(zhuǎn)矩： 560NM， 1400r/min。汽車的輪胎規(guī)格：。Tmax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩560NM, ig1為變速器I檔傳動(dòng)比,。 ig0為 驅(qū)動(dòng)橋的主減速比, 。 ηt為傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率, 。 rr為驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑,代入得：Pmax= 560Fxi=Fxo=Pmax/2=20199 N 汽車緊急制動(dòng)時(shí)的橋殼受力分析此工況為汽車滿載緊急制動(dòng)時(shí)的工況, 不考慮側(cè)向力。汽車緊急制動(dòng)時(shí),左右驅(qū)動(dòng)車輪除作用有垂直反力外, 還作用有地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力,最大制動(dòng)力大小為:F =G m’φ/2 (35)式中: G —汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷。m’ —汽車制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù),對(duì)載貨汽車后驅(qū)動(dòng)橋一般取0. 75～,取 0. 8。φ —驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù),計(jì)算時(shí)取0. 75～0. 8,取0. 8。代入得:F= 汽車受最大側(cè)向力時(shí)的橋殼受力分析最大側(cè)向力時(shí)，縱向力即為零，此時(shí)意味著汽車發(fā)生了側(cè)滑。外輪上的垂直反力Fx2o和內(nèi)輪上的垂直反力Fx2i分別為Fx2o=G（+φ1） (36)Fx2i=G Fx2o (37)式中: G ——汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷；φ1 ——輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù), 取1. 0；B2， hg——，汽車滿載質(zhì)心高度。外輪上的側(cè)向力Fy2o和內(nèi)輪上的側(cè)向力Fy2i分別為：Fy2i= Fx2oφ1 (38)Fy2o= Fx2iφ1 (39) 將具體數(shù)據(jù)代入上面四個(gè)式中求得內(nèi)側(cè)車輪上的垂直反力Fx2i=0，表明內(nèi)側(cè)車輪一翹起，所有的力都由外側(cè)車輪承受，則外側(cè)車輪的最大側(cè)向力Fx2o=Gφ1。第四章 驅(qū)動(dòng)橋殼三維模型的建立和網(wǎng)格劃分 UG軟件簡(jiǎn)介幾何模型的建立是整個(gè)有限元分析工作的第一步，也對(duì)以后的所有工作有著至關(guān)重要的作用，而建模的第一步則選用UG軟件進(jìn)行三維建模。UG NX系統(tǒng)提供了一個(gè)基于過(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。UG面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),在面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)技術(shù)的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品以及精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了并行工程。不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言UG/OPen GRIP，UG/open API件具有以下特點(diǎn)：(1) 具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)施并行工程。(2) 采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。(3) 用基于特征（如孔、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。(4) 曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理B樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。(5) 出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等。并能直接對(duì)實(shí)體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 (6) 提供了界面良好的二次開(kāi)發(fā)工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使UG的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合起來(lái)。(7) 具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 驅(qū)動(dòng)橋殼三維建模的過(guò)程 驅(qū)動(dòng)橋殼的簡(jiǎn)化受力分析的前提下，可以對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。首先在UG中建立起驅(qū)動(dòng)橋殼的三維模型,在建立橋殼的有限元模型時(shí),先對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼實(shí)體作必要簡(jiǎn)化,對(duì)主要承載件,均保留其原結(jié)構(gòu)形狀,以反映其力學(xué)特性,對(duì)非承載件進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化,在本次的三維建模中將橋橋殼兩端的螺栓孔省去。 三維建模(1) 驅(qū)動(dòng)橋橋殼進(jìn)行草圖繪制。 驅(qū)動(dòng)橋橋殼草圖 (2) 通過(guò)拉伸命令形成橋殼部分實(shí)體，拉伸距離為130mm。 部分橋殼實(shí)體(3)進(jìn)一步形成橋殼兩端，小圓柱直徑為120mm，高度為80mm；大圓柱直徑為200mm，高度為10mm。 形成橋殼兩端(4) 挖孔，大孔直徑為370mm，小孔直徑為70mm。 挖孔(5)做邊倒圓過(guò)度 邊倒圓過(guò)度(6)建出彈簧幾座長(zhǎng)100mm，寬80mm，高15mm，并倒圓角形成所需的三維模型。 做邊倒圓模型 將模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行網(wǎng)格劃分 驅(qū)動(dòng)橋有限元模型的建立在有限元法中，連續(xù)體結(jié)構(gòu)被看作是由有限個(gè)單元通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)連接而成的計(jì)算模型。每一個(gè)單元都相應(yīng)地代表著結(jié)構(gòu)某些力學(xué)性質(zhì)的局部小塊。顯然，如果每個(gè)單元所代表的力學(xué)特性與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力后這一小塊的力學(xué)特性越近似，計(jì)算出來(lái)的精確性就越高。為了得到較好的解答結(jié)果，所使用的單元應(yīng)盡可能地反映出實(shí)際中各種因素對(duì)其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。這樣不僅要求每個(gè)單元與對(duì)應(yīng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)之間幾何類型(即幾何的逼真性)一致，而且要求單元傳遞力和傳遞運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特性(即力學(xué)特性的逼真性)相一致。在橋殼幾何模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模型的離散化，建立有限元模型，并最終形成計(jì)算數(shù)據(jù)文件。所謂離散化，就是假想把被分析的彈性連續(xù)體分割成由有限個(gè)單元組成的幾何體，連續(xù)體的離散化又稱為網(wǎng)格劃分。離散而成的有限元集合體將代替原來(lái)的彈性連續(xù)體，所有的計(jì)算分析都將在這個(gè)計(jì)算模型上進(jìn)行。因此，有限元分析的計(jì)算速度和結(jié)果準(zhǔn)確度直接受分析模型與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性符合程度的影響[18,19]。 定義橋殼單元材料屬性該驅(qū)動(dòng)橋橋殼的材料為QT40015, 彈性模量EX= MPA，泊松比PRXY=，許用應(yīng)力[]=400 MPA。 有限元模型網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問(wèn)題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模產(chǎn)生直接影響。為了建立正確合理的有限元模型，劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則：(1)網(wǎng)格數(shù)量：網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來(lái)講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會(huì)有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡兩個(gè)因素綜合考慮。網(wǎng)格較少時(shí)增加網(wǎng)格數(shù)量可以使計(jì)算精度明顯提高，而計(jì)算時(shí)間不會(huì)有大的增加。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，再繼續(xù)增加網(wǎng)格時(shí)，精度提高甚微，而網(wǎng)格劃分的時(shí)間以及有限元分析計(jì)算時(shí)間卻有大幅度增加。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以比較兩種網(wǎng)格劃分的計(jì)算結(jié)果。如果兩次計(jì)算結(jié)果相差較大，可以繼續(xù)增加網(wǎng)格，相反則停止細(xì)分網(wǎng)格。在決定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。靜力分析時(shí)，如果僅僅考慮變形，網(wǎng)格數(shù)量可以少一些。如果計(jì)算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對(duì)較多的網(wǎng)格。同樣在響應(yīng)計(jì)算中，計(jì)算應(yīng)力響應(yīng)所取的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計(jì)算位移響應(yīng)多。在計(jì)算結(jié)構(gòu)固有動(dòng)力特性時(shí)，若僅僅是計(jì)算少數(shù)低階模態(tài)，可以選擇較少的網(wǎng)格。如果計(jì)算的模態(tài)階次較高，則應(yīng)選擇較多的網(wǎng)格。在熱分析中，若結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度梯度不大，不需要大量的內(nèi)部單元，這時(shí)可劃分較少的網(wǎng)格。(2)網(wǎng)格疏密：網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)。在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位(如應(yīng)力集中處)，為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。而在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對(duì)稀疏的網(wǎng)格，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式。采用疏密不同的，網(wǎng)格劃分，既可以保持計(jì)算精度，又可減少網(wǎng)格數(shù)量。因此，網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)增加到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。再次要部位增加網(wǎng)格是不必要的，也是不經(jīng)濟(jì)的。疏密不同的網(wǎng)格對(duì)于應(yīng)力分析非常重要。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析(包括靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力)，而計(jì)算固有特性時(shí)，則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式，這是因?yàn)楣逃蓄l率和振型主要取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布，不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素不致相差太大，可減小數(shù)值計(jì)算誤差。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。(3)單元階次：許多單元都具有線性二次和三次等形式，其中二次或三次形式的單元稱為高階單元。選用高階單元可提高計(jì)算精度，因?yàn)楦唠A單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線或曲面邊界，且高次插值函數(shù)可以更高精度地逼近復(fù)雜場(chǎng)函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時(shí)，可以選用高階單元。但高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多