【正文】 成有限多自由度系統(tǒng)。其運(yùn)動(dòng)微分方程為： （）式中：、分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣， 、分別為振動(dòng)加速度、速度和位移列陣；F為外載荷列陣。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，要求解的是機(jī)體的固有頻率和振型參數(shù)，固有頻率和外載荷無關(guān)，結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)固有頻率影響很小。因此，研究固有頻率于振型時(shí)，可以不考慮外載荷與阻尼，此時(shí)得到無阻尼自由振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為： （）若結(jié)構(gòu)作如下簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)： （）式中，為圓頻率，為特征向量，將（）代入（），可得：或： （）稱式（）為廣義特征方程，為特征值。在自由振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)的振幅不可能全為零，因而式（）必有其系數(shù)行列式為零。由此得結(jié)構(gòu)的頻率方程為： （）如果有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，則式（）可以展開為： 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析有限元模型本課題所進(jìn)行的模態(tài)分析，首先沿襲的是前面靜力分析的有限元模型，求解時(shí)程序無響應(yīng)，故考慮重新劃分網(wǎng)格，單元尺寸設(shè)置為40，如圖。劃分后，共有單元數(shù)42638，節(jié)點(diǎn)數(shù)81511，其模型圖。 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析網(wǎng)格劃分 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析網(wǎng)格模型 驅(qū)動(dòng)橋殼模態(tài)分析求解及結(jié)果模型上不施加任何邊界條件，不施加外載荷，進(jìn)行自由模態(tài)分析。創(chuàng)建材料屬性時(shí)，模態(tài)分析與靜力分析的一個(gè)區(qū)別是模態(tài)分析要求輸入材料密度，靜力分析只有在需要考慮結(jié)構(gòu)自重的影響時(shí)才輸入材料的密度。根據(jù)需要，提取結(jié)構(gòu)的前12階固有頻率。GUI: SolutionAnalysis TypeNew analysis，出現(xiàn)對(duì)話框，選擇Modal。再選擇Analysis Options，出現(xiàn)對(duì)話框，No. of modes to extract 輸入12，進(jìn)行12階模態(tài)分析 定義12階模態(tài)分析。前三階頻率為零，3至6階，接近零。圖 各階頻率自由模態(tài)分析各階模態(tài)所對(duì)應(yīng)的振型圖如下所示 自由模態(tài)第一階單側(cè)橋殼斜向擺動(dòng)振型圖 自由模態(tài)第七階垂直Y軸U形彎曲振型圖 自由模態(tài)第八階垂直Z軸U形彎曲振型圖 自由模態(tài)第九階垂直Z軸S形扭轉(zhuǎn)振型圖 自由模態(tài)第十階沿X軸橫向縮張振型圖 自由模態(tài)第十一階垂直Y軸S形扭轉(zhuǎn)振型圖 自由模態(tài)第十二階垂直X軸扭轉(zhuǎn)振型圖 模態(tài)分析總結(jié)根據(jù)自由模態(tài)分析的情況來看，前面6階模態(tài)為剛體模態(tài)，頻率為零或接近為零，前6階振型大致是整體上作為一個(gè)剛體發(fā)生位移。所以第七階模態(tài)頻率對(duì)應(yīng)的模態(tài)為實(shí)際的第一階模態(tài)，后面的依此類推。汽車行駛時(shí)，由路面不平以及發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和車輪等旋轉(zhuǎn)部件激發(fā)汽車的振動(dòng)。通常，路面不平度汽車振動(dòng)的基本輸入，～25Hz[18]。從自由模態(tài)分析的第七階，即實(shí)際的第一階模態(tài)來看，（考慮到模型簡(jiǎn)化的問題，實(shí)際中有一定的差別，但在理論上是可行的），不在上述的激振頻率范圍之內(nèi)，所以不會(huì)引起橋殼的共振。 本章小結(jié)本章對(duì)橋殼有限元模型在自由狀態(tài)下的固有頻率進(jìn)行了分析，得出對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)振型圖。汽車行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋殼的振動(dòng)主要取決于車輪與路面間的相互作用力和汽車的振動(dòng)，而路面不平度是引起橋殼振動(dòng)的主要原因。汽車振動(dòng)系統(tǒng)承受路面作用的激勵(lì)多為0~50Hz的垂直振動(dòng)，本文研究的驅(qū)動(dòng)橋殼前幾階模態(tài)固有頻率不在此范圍內(nèi)，因此不會(huì)由路面激勵(lì)引起橋殼的共振，橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。結(jié)論在做本論文時(shí)，經(jīng)歷了一個(gè)比較長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)與探索過程，學(xué)到了很多知識(shí)。本論文的主要研究工作總結(jié)為以下幾點(diǎn)：1）詳細(xì)地介紹了大型CAD/CAM/CAE集成軟件UG的主要功能和模塊，并通過橋殼建模過程了解CAD建模的一些基本思路。對(duì)于工程實(shí)際問題，在建模階段應(yīng)該適當(dāng)?shù)乜紤]模型的簡(jiǎn)化問題。在保證其工作性能的條件下，建模時(shí)可以適當(dāng)?shù)貏h除一些非重要結(jié)構(gòu)。比如驅(qū)動(dòng)橋殼的裝配孔，圓角等。這樣既能夠簡(jiǎn)化建模過程，又為下一階段的模型分析奠定了很好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在模型簡(jiǎn)化過程中，涉及到一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的問題，只有作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，才能保證分析結(jié)果的可靠性，并且簡(jiǎn)化計(jì)算過程。這方面的經(jīng)驗(yàn)還不夠充足，有待在將來的學(xué)習(xí)工作中積累。2）熟悉了UG軟件與ANSYS軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制。在課題的完成過程中，嘗試了多種方法來導(dǎo)入CAD模型，包括直接導(dǎo)入“*.prt”。還有另外兩種：其一是從UG中導(dǎo)出“*.igs”文件，在ANSYS中“input”即可；也可以從UG中輸出“*.x_t”文件，使用“parasolid”接口。通過實(shí)踐表明，對(duì)于經(jīng)典ANSYS版本，后者導(dǎo)入模型信息丟失比較少，效果更好一些。3）在ANSYS中對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的三種典型工況，即沖擊載荷工況、最大驅(qū)動(dòng)力工況進(jìn)行了靜分析。通過靜力分析的情況來看，可以了解到驅(qū)動(dòng)橋殼的危險(xiǎn)區(qū)域在鋼板彈簧座附近偏外側(cè)半軸套管的殼體部分，這也與實(shí)際中橋殼的損壞情況相似。變形較大區(qū)域出現(xiàn)在中間區(qū)域和半軸套管端部。除個(gè)別地方因?yàn)槟Ｐ图饨羌安牧虾穸茸兓鸬膽?yīng)力集中情況外，整個(gè)橋殼的應(yīng)力分布和變形結(jié)果是滿足要求的。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的自由模態(tài)分析，得出驅(qū)動(dòng)橋殼的各階振動(dòng)頻率均在汽車激振頻率范圍之外，即一般情況下不會(huì)發(fā)生共振的情況。這一系列的分析，為我們?cè)跇驓ぴO(shè)計(jì)時(shí)提供了理論指導(dǎo)。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)原理，為保證車橋工作的安全性和可靠性，驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)應(yīng)滿足應(yīng)力和變形要求，局部應(yīng)力不應(yīng)導(dǎo)致橋殼的斷裂和塑性變形；同時(shí)也要滿足其動(dòng)態(tài)性能要求，避免共振產(chǎn)生過大噪音及剛度不夠損壞。學(xué)海無涯，由于本人的水平有限以及時(shí)間的限制，一方面本論文中必然仍有很多欠妥和錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)各位老師和專家批評(píng)指正；另一方面很多工作還有待進(jìn)一步深化，如優(yōu)化設(shè)計(jì)等，在以后學(xué)習(xí)中應(yīng)進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)[1] 高衛(wèi)民，王宏雁．汽車結(jié)構(gòu)分析有限元法[J]．汽車研究與開發(fā)，2000 (6)：3032． [2] 韓文濤，張文鶴，李磊．有限元方法在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．武警工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001 (8)：3335．[3] =:機(jī)械工業(yè)出版社,2004[4] LiPingLei,Jeong Kim,Beomsoo Kang. Analysis and design of hydroforming Proeess for automobile rearaxle housing by FEM=[J]. Iniemational Journal of Maehine Tools amp。 Manufacture,2000(40):1691一1708[5] 蘇恩生．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元建模與分析：碩士學(xué)位論文[D]．吉林大學(xué)，2005[6] :合肥工業(yè)大學(xué),2010[7] ,2007[8] =[D].重慶:重慶交通大學(xué),2008[9] . Finite Element Methods in Struetural Meehanies. America Eills Horwood Limited,1985[10] 鄭燕萍，羊玢．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼臺(tái)架試驗(yàn)的有限元模擬[J]．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004, 28 (4)：4750．[11] 李欣．重型載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼結(jié)構(gòu)分析及輕量化研究：碩士學(xué)位論文[D]．武漢理工大學(xué)，2006[12] 龍慧，陳文吉．裝載機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋殼有限元分析[M]．工程機(jī)械，1995 (11)：58．[13] 陳朝陽，石琴等．驅(qū)動(dòng)橋殼多輸入/多輸出時(shí)域模態(tài)分析[J]．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000 8：468～472．[14] 褚志剛，鄧兆祥，李偉等．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理分析研究[J]．汽車研究與開發(fā)，2001 (6)：3033．[15] 劉萬封，張維峰．汽車驅(qū)動(dòng)橋殼動(dòng)態(tài)應(yīng)變場(chǎng)的模態(tài)分析[J]．西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998 (1)：7174．[16] 周昌玉,=:化學(xué)工業(yè)出版社,. [17] Javad Tarighi , Seyed Saeid Mohtasebi, Reza Alimardani. Static and dynamic analysis of front axle housing of tractor using finite element Journal of Agricultural Engineering,2011，AJAE 2(2):4549致 謝 本論文是在丁志華老師的悉心教誨指導(dǎo)下完成的，在此我首先要對(duì)我的導(dǎo)師表示誠(chéng)摯的敬意和由衷的感謝，丁老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作精神，讓我深受教育。丁老師寬以待人、平易近人的崇高風(fēng)范，一直深深印在腦中。這不僅幫助我順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)于以后的學(xué)習(xí)工作態(tài)度也是一種良好的啟迪。同時(shí)，能順利完成大學(xué)畢業(yè)論文，我要由衷地感謝九江學(xué)院學(xué)院所有給予過我關(guān)心和幫助的老師們。我要感謝我的同學(xué)和朋友們，在我遇到困難和挫折的時(shí)候是他們給予我最大的鼓勵(lì)和信心，在此向他們表示我最誠(chéng)摯的謝意！ 69