【導(dǎo)讀】根據(jù)上海交運(yùn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)有限公司所開發(fā)的新產(chǎn)品—離合器齒轂，結(jié)構(gòu)極為有效的數(shù)值計(jì)算方法。先將連續(xù)的分析對(duì)象劃分為有限個(gè)單元組。元特性，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的控制方程組。移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)等結(jié)果。有限元法的整個(gè)計(jì)算過程十分規(guī)范，主要步驟都可。同時(shí)，可以利用有限元分析的結(jié)果進(jìn)行多方案的比較，有利于設(shè)計(jì)方。案的優(yōu)化和產(chǎn)品的改進(jìn)。有限元法解決了過去對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確計(jì)算的。困難，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，因而逐步得到了應(yīng)用。降低成本具有積極的作用。通過詳細(xì)的有限元分析，可以仿真與校驗(yàn)產(chǎn)品。題而造成大返工，確保產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可靠性、耐久性和維修性。樣，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，以較少的投資獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。器的一個(gè)傳遞動(dòng)力的部件。自動(dòng)變速器地液壓操縱系統(tǒng)由供油系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、控制。裝置和換檔品質(zhì)控制裝置等四部分組成。其中，執(zhí)行裝置包括換檔離合器、換檔制動(dòng)器、和單向離合器等。

　　

【正文】 ，由于這種方法對(duì)于三維復(fù)雜模型只能生成四面體單元， 計(jì)算精度不高。 (2) 映射網(wǎng)格劃分 映射網(wǎng)格劃分是對(duì)規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法，其原始概念是：對(duì)于面，只能是四邊形面，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)需在對(duì)邊上保持一致，形成的單元全部為四邊形；對(duì)于體，只能是六面體，對(duì)應(yīng)線和面的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)保持一致；形成的單元全部為六面體。 在 ANSA中 ， 映射網(wǎng)格劃分被稱為 MAP準(zhǔn)則，其允許面網(wǎng)格的生成可以存在三角形、四邊形、或其它任意多邊形。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 45 但對(duì) 于體網(wǎng)格的劃分， MAP 準(zhǔn)則要求首先任意選擇兩組相對(duì)的面，稱為主面與從面，并且兩者之間具有諧調(diào)的網(wǎng)格，即主從面對(duì)應(yīng)邊的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)一致，使得到的兩面網(wǎng)格劃分圖比較相似，但同時(shí)也要求其它面（路徑面）上的網(wǎng)格必須全部都是四邊形。 對(duì)于三維復(fù)雜幾何模型而言，通常的做法 就是 將其切割成一系列四、五或六面體，然后對(duì)這些切割好的體進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分。 當(dāng)然 為保證網(wǎng)格的連續(xù)性，生成的內(nèi)部輔助面必須屬于兩個(gè)相鄰的子塊。 (3) 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 對(duì)于由面經(jīng)過拖拉、旋轉(zhuǎn)、偏移等方式生成的復(fù)雜三維實(shí)體而言，可先在原始面上生成殼單元 形式的面網(wǎng)格，然后在生成體的同時(shí)自動(dòng)形成三維實(shí)體網(wǎng)格 ，這種方式 形成的單元幾乎都是六面體單元 ，同時(shí)也有五面體單元 。通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式，對(duì)于復(fù)雜幾何實(shí)體，經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的切分處理，就可以自動(dòng)形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格，它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢(shì)和靈活性。 (4) 混合網(wǎng)格劃分 混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點(diǎn)，分別采用自由、映射、掃略等多種網(wǎng)格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型?；旌暇W(wǎng)格劃分方式要在計(jì)算精度、計(jì)算時(shí)間、建模工作量等方面進(jìn)行綜合考慮。通常，為了提高計(jì)算 精度和減少計(jì)算時(shí)間，應(yīng)首先考慮對(duì)適合于掃略和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格 。 對(duì) 于 實(shí)在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域 ，在 ANSA中仍然可以執(zhí)行自由體網(wǎng)格劃分的指令，如果 在該區(qū)域與已進(jìn)行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域 存在 交界面， 那上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 46 么面上 會(huì)自動(dòng)形成金字塔過渡單元。 離合器齒轂 模型的分解 離合器齒轂?zāi)Ｐ捅容^復(fù)雜，故選用混合網(wǎng)格劃分法最為適合。針對(duì)花鍵轂、不存在圓孔的圓盤、存在圓孔的圓盤、過渡大圓角和花鍵槽的不同特點(diǎn)采取相適應(yīng)的網(wǎng)格劃分法。故將模型初步分成五個(gè)部分，如圖 所示，每種顏色代表 一個(gè)部分。 圖 網(wǎng)格劃分前的模型分解 離合器齒轂體網(wǎng)格的生成 無論是對(duì)于面或體的網(wǎng)格劃分，為保證模型的整體性，必須確保每個(gè)面單元或體單元節(jié)點(diǎn)之間的連接，即保持兩個(gè)不同面單元或體單元在連接線或面上的一致性，網(wǎng)格之間不能發(fā)生錯(cuò)位，否則在進(jìn)行有限元分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)為兩個(gè)不同的面或體，對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生極大的影響，這也就是上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 47 實(shí)現(xiàn)映射網(wǎng)格劃分法中對(duì)邊上的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù) 的 一致 性 。針對(duì)花鍵轂（紅色部分）與圓盤（白色部分）結(jié)構(gòu)上的規(guī)整性，適合采用 映射網(wǎng)格劃分 法與拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 法，且為保證良好的網(wǎng)格質(zhì) 量，故有必要將花鍵節(jié)點(diǎn)的分布投影到各對(duì)邊線上（圖 ） 。 圖 對(duì)邊上網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)的一致 性 首先對(duì)圓盤進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因?yàn)閳A盤體的厚度不變，故采用拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法。對(duì)圓盤的徑向直線設(shè)置網(wǎng)格劃分單元節(jié)點(diǎn)數(shù)為 5，利用 MAP準(zhǔn)則對(duì)原始面生成面網(wǎng)格，所有單元成四邊形（圖 ）。建立掃略方向的線是拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法中的一個(gè)要素。但考慮到此圓盤和與之銜接的帶圓孔的圓盤厚度一致，故不必事先單獨(dú)進(jìn)行網(wǎng)格掃略。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 48 圖 圓盤的面網(wǎng)格 帶圓孔的圓盤（圖 ）的網(wǎng)格劃 分仍可采用 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 法。為保證圓孔與圓盤兩邊線間的網(wǎng)格質(zhì)量，需要單獨(dú)劃分圓孔與兩邊線間的連接面（圖 ），設(shè)置劃分線上的單元節(jié)點(diǎn)數(shù)為 1。兩圓孔中間的連接面保證對(duì)邊上的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)一致。利用 MAP準(zhǔn)則生成面網(wǎng)格（圖） 圓孔與圓盤兩邊線建立連接面 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 49 圖 圓盤的面網(wǎng)格 原始面與掃略線為 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 法中的兩大基本要素。所謂掃略線表示原始面偏移方向與偏移量。此模型中，掃略線應(yīng)與圓盤垂直，且偏移量為圓盤體的厚度。雖然 掃略網(wǎng)格劃分 法無需要求模型的封閉性， 但掃略線必須建立在面的基礎(chǔ)上。如圖 ，建立上下兩圓盤間的面，面的法線方向可以任意。選擇上圓盤面邊線上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，投影到下圓盤面的邊線上，連接兩節(jié)點(diǎn)，掃略線的建立完成。在 ANSA中， GLIDE準(zhǔn)則即是 拖拉、掃略 式的 網(wǎng)格劃分 法。在確認(rèn)原始面與掃略線的基礎(chǔ)上，將圓盤體的掃略設(shè)定為兩層，其體網(wǎng)格生成如圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 50 圖 掃略線的建立 圖 圓盤體網(wǎng)格 模型花鍵轂（圖 ）的圓角處（圖 ） 是銜接花鍵 筒 與上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 51 圓盤的關(guān)鍵 部分 ，為保證體單元節(jié)點(diǎn)的連接性，應(yīng)首先 生成圓角處的體網(wǎng)格。利用 MAP準(zhǔn)則生成圓角處的面網(wǎng)格?？紤]到該圓角處的內(nèi)外半徑相似，依照 GLIDE準(zhǔn)則，在原始面網(wǎng)格生成的基礎(chǔ)上，選擇 與 圓盤體網(wǎng)格生成時(shí)同一根掃略線，且掃略層仍設(shè)置為 2。這樣即能夠保證圓角處與圓盤體網(wǎng)格 銜接節(jié)點(diǎn)的重疊， 又對(duì)計(jì)算 結(jié)果 影響不大，生成后的體網(wǎng)格如圖 。 圖 花鍵轂圓角處 圖 圓角處體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 52 由于圓角處的存在，花鍵轂無法作為一個(gè)整體生成體網(wǎng)格，否則可能會(huì)造成體網(wǎng)格的錯(cuò)位。從圖 ，圓角處的體網(wǎng)格和花鍵 筒 的體網(wǎng)格相交面的節(jié)點(diǎn)之間是無關(guān)聯(lián)的，這 種情況是不符合有限元分析的前提的。因此，在花鍵轂與圓角間要建立一個(gè)中間體系，使兩者相關(guān)，即能夠保證模型體網(wǎng)格的整體性。 圖 體單元節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)位 所謂的中間體系必須做到既要與圓角體網(wǎng)格有關(guān)聯(lián)，又要和花鍵轂有關(guān)聯(lián)，就能保證兩體的相關(guān)性了。故應(yīng)以圓角處邊線 作 為界線，將花鍵轂分成上下兩體。如圖 。把圓角邊線投影至 花鍵筒 內(nèi)側(cè)，打斷組成花鍵的各個(gè)面，在打斷處以圓角邊線與投影線為建立新面的界線。由于此面 的建立依據(jù)于圓角邊線，并且它既可作為下半部花鍵轂劃分體網(wǎng)格的原始面，又可作為上半部 花鍵轂劃分體網(wǎng) 格的原始面，實(shí)現(xiàn)了中間體系的作用。 原始面的面網(wǎng)格生成后，為避免體網(wǎng)格錯(cuò)位的現(xiàn)象，同樣應(yīng)當(dāng)選擇生上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 53 成圓盤體網(wǎng)格的掃略線，掃略層仍設(shè)置為 2，實(shí)現(xiàn)下半部花鍵轂的體網(wǎng)格劃分。對(duì)于上半部的花鍵轂 可 任意選擇花鍵齒上的豎邊線作為掃略線，掃略層數(shù)設(shè)置為 10。 一個(gè)完整的花鍵轂體網(wǎng)格的生成，在分布掃略的基礎(chǔ)上，選擇同一個(gè)原始面，分別向上、向下拉伸。生成的體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與 CAD模型差別不大，并且也保證了各體單元之間的連貫性。生成后的體網(wǎng)格見圖 。 (a) (b) (c) 圖 花鍵轂原始面的生成 圖 花鍵轂體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 54 由于離合器齒轂外殼的過渡大圓角（圖 ）的不規(guī)整性，故適合應(yīng)用自由網(wǎng)格劃分法。在 ANSA中，對(duì)于實(shí)現(xiàn)體的自由網(wǎng)格劃分必須要以面的封閉性為前提。過渡大圓角分別與帶圓孔的圓盤、花鍵槽連接。在對(duì)圓盤的掃略網(wǎng)格劃分中，已經(jīng)建立了過渡大圓角與圓盤的交面，但該交面還未 完成 面網(wǎng)格劃分。將交面的上邊線的網(wǎng)格劃分投影到下邊線，不僅網(wǎng)格對(duì)邊劃分?jǐn)?shù)一致，而且所劃分出的網(wǎng)格與圓盤體網(wǎng)格的最外面 是 完全一致的，這樣就保證了模型體網(wǎng)格的整體性了。 然后 建立過渡圓角與花鍵槽之間的交面 ， 但從圖 ，大圓角的內(nèi)外圓 角半徑不一致，故圓角邊線不在一個(gè)水平面上。所以采用分割上下花鍵筒 的方法，將圓角的外面與平面的交線投影到內(nèi)側(cè)花鍵槽，建立規(guī)則的交面（圖 ） 。 圖 過渡圓角的不規(guī)整 圖 建立過渡圓角與花鍵槽的交面 當(dāng)兩個(gè)交面建立完成以后，要對(duì)過渡圓角進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，劃分時(shí)仍上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 55 然采用 MAP原則，使平面上出現(xiàn)更多的四邊形。這樣，在體網(wǎng)格生成時(shí)，幫助減少四面體的數(shù)量，而出現(xiàn)更 多過渡金字塔體單元，提高體網(wǎng)格的質(zhì)量。面網(wǎng)格生成后如圖 ， 因?yàn)闊o法保證每一對(duì)對(duì)邊的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)一致，所以出現(xiàn)了三角形面網(wǎng)格。 圖 過渡圓角的面網(wǎng)格 在 ANSA中，有基于面網(wǎng)格自由生成體網(wǎng)格的指令，生成后的體網(wǎng)格雖然 基于 表面 的 是五面體，但大多還是四面體。從圖 ，在過渡大圓角的 13951個(gè)體單元中，四面體占據(jù)了 70%。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 56 圖 過渡圓角的體網(wǎng)格 花鍵槽的生成非常簡(jiǎn)單，采用掃略網(wǎng)格劃分法，利用 GLIDE指令，選擇在過渡圓角中已經(jīng)劃分好的交面的面網(wǎng)格作為原始 面，任意 選擇 花鍵高度的豎線為掃略線?；ㄦI槽的六面體網(wǎng)格生成。 由于 GLIDE指令只考慮原始面和掃略線，如果在結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化時(shí)對(duì)三角帶部分不做處理，不修補(bǔ)腰孔，掃略后生成的體網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化前是一致的 ,如圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 57 (a) 未 進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 (b) 進(jìn)行 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 圖 比較結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化前后生成的花鍵槽體網(wǎng)格 但對(duì)于映射網(wǎng)格劃分法來說，其選擇的依據(jù)是主從面，與引導(dǎo)面，所以對(duì)于模型的簡(jiǎn)化，與各個(gè)面的網(wǎng)格劃分都是必須的前提。由此發(fā)現(xiàn)，對(duì)于結(jié)構(gòu)非常規(guī)整的 模型，選擇掃略網(wǎng)格劃分法，不僅不用進(jìn)行對(duì)各個(gè)面的網(wǎng)格劃分，而且也減少了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的工作量。 花鍵槽的體網(wǎng)格生成以后，這個(gè)模型的網(wǎng)格劃分完成，圖 ，四面體單元的數(shù)量占據(jù)了所有單元數(shù)的近 50%，若去掉過渡圓角的體網(wǎng)格后，所剩下的全部都是六面體 網(wǎng)格 （圖 ）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 58 圖 離合器齒轂體網(wǎng)格 圖 去掉過渡大圓角后的體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 59 網(wǎng)格質(zhì)量的檢查 在第二章節(jié)中已經(jīng)提到，網(wǎng)格 質(zhì)量好壞將影響計(jì)算精度，質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。 特別是 在重點(diǎn)研究的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位，應(yīng)保證劃分高質(zhì)量網(wǎng)格，即使只有個(gè)別質(zhì)量很差的網(wǎng)格也會(huì)引起很大的局部誤差。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。當(dāng)模型中存在質(zhì)量很差的網(wǎng)格（稱為畸形網(wǎng)格）時(shí)，計(jì)算過程將無法進(jìn)行。 如圖 中所示，圖中的 紅 色網(wǎng)格都是 ANSA 軟件中檢查出的質(zhì)量較差的體單元，圖中左下角的一排數(shù)據(jù)中， OFF 后的數(shù)字表示質(zhì)量較差單元的數(shù)量。 通過 ANSA 中 EXTREME 的功能分離出具有較差單元質(zhì)量的體，而從圖 中可見， 91 個(gè)較差質(zhì)量的單元體全部分布在過渡大圓角處?？紤]到過渡圓角的體網(wǎng)格生成采用了自由網(wǎng)格劃分法，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞基于面網(wǎng)格的劃 分。若要提高體網(wǎng)格質(zhì)量， 需對(duì)面網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分。圖 中左下角的數(shù)據(jù)中，第五行 OFF 后的數(shù)字表示過渡圓角面網(wǎng)格劃分質(zhì)量較差的單元數(shù)量。 ANSA 中的 RECONS 功能是用來幫助提高面網(wǎng)格劃分質(zhì)量的。在不改變邊節(jié)點(diǎn)的前提下， 檢查各單元法向來判定各區(qū)域的曲率變化情況，在曲率較大變形劇烈的區(qū)域單元，進(jìn)行網(wǎng)格加密重新劃分，如此循環(huán)直到滿足網(wǎng)格單元的曲率要求為止。 在對(duì)過渡圓角進(jìn)行重新面網(wǎng)格劃分的同時(shí)，原體網(wǎng)格被刪除。圖 呈現(xiàn)了網(wǎng)格重新劃分后質(zhì)量較差單元的分布情況，質(zhì)量不佳的面網(wǎng)格數(shù)量減小為 30。 其中粉色 網(wǎng)格表 示質(zhì)量不理想的面網(wǎng)格， 紅色 表示預(yù)計(jì)生成的體網(wǎng)格 中 質(zhì)量不理想的單元。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 60 圖 網(wǎng)格 質(zhì)量較差的單元分布圖 圖 網(wǎng)格質(zhì)量較差的單元集中圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） UG離合器齒轂 的 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)分析 61 圖 網(wǎng)格重新劃分后質(zhì)