【正文】 具體建模過程進行贅述。而此處橋殼的曲面形狀比較復(fù)雜，難以一次完成。首先建立用于構(gòu)造曲面的邊界曲線，使用 UG 提供的曲面構(gòu)造方法構(gòu)造曲面。而每一部分的幾何構(gòu)成元素又是各不相同的，所以造成其涉及到的幾何建模方法也比較復(fù)雜。 驅(qū)動橋殼的建模及簡化處理 驅(qū)動橋殼三維的建模 驅(qū)動橋殼的三維設(shè)計流程圖： 圖 驅(qū)動橋殼的建模思路圖 在初步建模階段，為了全面真實地反映驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)，將對其各部分進行細致建模。 6） UG/裝配建模模塊 ， 它提供了并行的、自上而下的產(chǎn)品開發(fā)方法。 4） UG/自由曲面建模模塊，它可將實體建模和表面建模的技術(shù)合并，建成一個功能強大的建模工具組。 2） UG/實體建模模塊，它將基于約束的特征建模和顯式幾何模型方法無縫的結(jié)合起來，提供了當今 CAD/CAM 軟件界最強有力的 “ 復(fù)合建模 ” 工具，使用戶可以充分利用集成于先進的、基于特征環(huán)境中的傳統(tǒng)的實體、面、線框造型的優(yōu)勢。通過與電子表格的連接，也使得整個過程更加有序 [13]。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 13 圖 增加庫零件參數(shù)圖 圖 完成零件庫圖 6） 通過查看生成的各個零件的參數(shù)表達式是完全符合第 5 步電子表格中所給的數(shù)據(jù)，這說明此部件族已經(jīng)成 功創(chuàng)建，并且這些零件都是可以調(diào)用。 圖 參數(shù)化中的表達式圖 4） 提取自由變化的參數(shù) 。 再次結(jié)合 UG 軟件參數(shù)化建模的特點來確定合適的建模方法 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 12 2） 創(chuàng)建參數(shù)化模型 。 參數(shù)化建模的一般思路準備圖： 圖 參數(shù)化建模思路圖 本例參數(shù)化建模的過程： 1） 根據(jù)圖紙和自由變化參數(shù)確定建模方法 。 UG 的參數(shù)化設(shè)計平臺不僅僅是表現(xiàn)在各零部件相互影響的基礎(chǔ)上，它在零件設(shè)計本身也有很多優(yōu)點，它可以和電子表格建立連接接口，建立一個部件族，可以很方便 地 生成和修改所需要的部件 [14]。實現(xiàn)這些功能也是靠 UG 的各個模塊獨立并協(xié)同操作來完成。 UG 的產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)技術(shù)和湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 11 手段，主要包括：全集成、全相關(guān)、前瞻性、數(shù)字樣機、快速反映機制和知識工程（ KBE）這 6 個方面。CAM（ 計算機輔助制造， Computer Aided Manufacturing）是在計算機輔助下完成從準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、 NC 自動編程、生產(chǎn)作業(yè) 計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等 [13]。 CAD（ Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）一般是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具，完成產(chǎn)品的設(shè)計、工程分析、繪圖等工作，并達到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的目的。因此 ，驅(qū)動橋殼的整體建模是一個比較復(fù)雜的過程，建模初期就應(yīng)該適當考慮合理的模型簡化。它主要由沖壓成形的上下兩件橋 殼主件和四塊三角鑲塊、前后兩個加強環(huán)、一個后蓋以及兩端兩個半軸套管焊接而成，以及包括鋼板彈簧座、墊圈，銷等附件。目前，它在輕型貨車和轎車上得到廣泛采用。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 10 2 驅(qū)動橋殼的 CAD 建模 驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)特點 本課題研究的對象是一款輕型汽車的驅(qū)動橋殼，采用的是鋼板沖壓焊接的方式成形。 4）對驅(qū)動橋殼進行理論模態(tài)分析，包括自由模態(tài)和約束模態(tài) 。因為考慮到這是兩個不同軟件之間的交換，所以模型的修復(fù)是一個細致反復(fù)的過程。 課題研究內(nèi)容 本課題主要從以下幾個方面進行研究工作： 1） 利用 UG 建立驅(qū)動橋殼的幾何模型，并進行適當?shù)哪Ｐ秃喕瑸榻Ⅱ?qū)動橋殼的有限元模型奠定基礎(chǔ)。 計算機軟、硬件技術(shù)以超乎想象的速度發(fā)展著，隨之帶來了工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的驚人變革。解決的技術(shù)問題也 從彈性力學問題拓展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題。 CAE是以有限元數(shù)值計算為核心，將 CAD實體模型運用于工程分析的技術(shù)。其中最具代表性的有 CATIA， Pro/E等大型軟件。在工業(yè)技術(shù)革命的深入開展過程中， CAD先后出現(xiàn)了三維曲面造型和實體造型兩次重大技術(shù)變革，在 80年代又出現(xiàn)了基于特征的參數(shù)化實體造型技術(shù)，它的特點為 ： 基于 特征 、 全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 8 CAD/CAE 在汽車設(shè)計中的應(yīng)用 計算機輔助設(shè)計（ CAD）技術(shù)自 50年代初麻省理工學院 APT程序以來，即以 其 當代 “ 十大技術(shù)革命之一 ” 的旺盛生命力， 蓬勃地發(fā)展起來。它不僅直接使用異構(gòu)CAD 系統(tǒng)的模型，而且建立 了 與 CAD 系統(tǒng)靈活的雙向參數(shù)互動關(guān)系。 基于 Workbench 的仿真環(huán)境有三點與傳統(tǒng)仿真環(huán)境有所不同： 1） 客戶化： Workbench 像 PDM 那樣，利用與仿真相關(guān)的 API，根據(jù)用戶的產(chǎn)品研發(fā)流程特點開發(fā) 實施形成仿真環(huán)境，而且用戶自主開發(fā)的 API 與 ANSYS 已有的 API 平等。所有與仿真工作相關(guān)的人、技術(shù)、數(shù)據(jù)在這個統(tǒng)一環(huán)境中協(xié)同工作，各類數(shù)據(jù)之間的交流、通訊和共享皆可在這個環(huán)境中完成。 ANSYS 仿真協(xié)同 仿真 環(huán)境的目標是，通過對產(chǎn)品研發(fā)流程中仿真環(huán)境的開發(fā)與實施，搭建一個具有自主知識產(chǎn) 權(quán)的、集成多學科異構(gòu) CAE 技術(shù)的仿真系統(tǒng)。 ANSYS Workbench 簡介 ANSYS Workbench 是 ANSYS 公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中 CAE 軟件的異構(gòu)問題。 ANSYS 提供了與多數(shù) CAD 軟件及有限元軟件的接口程序，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，如 Pro/E、 UG、 CATIA、 NASTRAN、 AutoCAD、IDEAS 等； 8） 良好的用戶開發(fā)環(huán)境。利用 ANSYS 優(yōu)化設(shè)計功能，用戶可以確定最優(yōu)化設(shè)計方案；用 ANSYS 的拓撲優(yōu)化功能，用戶可以對模型進行外型優(yōu)化，尋求物體對材料的最佳利用； 6） 可實現(xiàn)多場耦合功能。 ANSYS 具有強大的非線性分析功能，可進行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析； 4） 智能網(wǎng)格劃分。 ANSYS 使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實現(xiàn)前后處理、分析求解及多場分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一； 2） 強大的求解功能。模型數(shù)據(jù)通過前處理器寫入數(shù)據(jù)庫；載荷和求解結(jié)果通過求解器寫入數(shù)據(jù) 庫；后處理結(jié)果通過后處理器寫入數(shù)據(jù)庫，如果需要，可為其他處理器所用。 4） 優(yōu)化模塊 ANSYS 的優(yōu)化設(shè)計允許優(yōu)化任何合理參數(shù) ，包括 形狀、應(yīng)力、自然頻率、溫度、磁勢等，可應(yīng)用于任何類型的分析（結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁），并且是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)電磁場、流場以及耦合場優(yōu)化的有限元分析。 3） ANSYS 與 CAD 及 CAE 軟件的接口 ANSYS 可提供于大多數(shù)的 CAD 軟件的接口，例如 Pro/E、 UG、 CATIA、 IDEAS、SolidWorks 等，可直接讀取這些 CAD 文件的圖形或圖形轉(zhuǎn)換文件。電磁場分析包括靜態(tài)電磁場，低頻時變電磁場和高頻時變電磁場分析。非線性分析包括材料非線性 分析 、幾何非線性分析和狀態(tài)非線性分析。其功能包括：結(jié)果的彩色云圖 ， 等值線圖 ， 梯度 ， 矢量 ， 粒子流 ， 切片 ， 透明現(xiàn)實 ，變形及動畫顯示 ， BMP、 PS、 TIFF、 IIPGL、 WMF 等格式 圖片 的輸出與交換；計算結(jié)果的排序、檢索、列表及數(shù)字運算；其他功能還包括優(yōu)化功能、子結(jié)構(gòu) 、 子模型等。 ANSYS 的主要模塊及功能 1） ANSYS 的處理器 ANSYS 按功能可分為若干處理器：包括 1 個前處理 器、 N 個求解器、 2 個后處理器，幾個輔助處理器如優(yōu)化處理器等。通過 GUI 可以方便地交互訪問程序的各種功能、命令、用戶手冊和參考資料。 ANSYS 程序 不但 功能強大，應(yīng)用范圍很廣， 而且 其直觀形象化的圖形用戶界面（ GUI）及優(yōu)秀的程序構(gòu)架使其易學易用。 它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的 拉格朗日方程法，建立系統(tǒng)動力學方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。這不僅因為它的概念、理論及設(shè)備新穎，而且一經(jīng)實現(xiàn)就表現(xiàn)出了強大的生命力，展示出極具應(yīng)用前景的態(tài)勢。 將優(yōu)化算法引入驅(qū)動橋及其各元件的設(shè)計，可以減小部件體積、節(jié)省材料、優(yōu)化傳動結(jié)構(gòu)、優(yōu)化傳動零件的參數(shù)，使其設(shè)計更趨于科學合理。啟發(fā)式算法的興起與計算復(fù)雜性理論的形成有密切關(guān)系。 3） 優(yōu)化算法 現(xiàn)代優(yōu)化算法包括禁忌搜索算法、模擬退火算法、遺傳算法和拉格朗日松弛算法等?，F(xiàn)在，一些發(fā)達國家設(shè)計制造的某些零件，其壽命可以精確到小時，如果沒有可靠性計算，是不可想象的。傳統(tǒng)設(shè)計認為材料本身的性能 (強度 、 韌性 、 硬度等 )和所受到的應(yīng)力都是常量，以此為指導(dǎo)的產(chǎn)品偏于保守。 2） 可靠性 工程 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 4 可靠性工程以概率和隨機分布為基礎(chǔ)，研究各種結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。 (3) 驅(qū)動橋殼的響應(yīng)分析 諧響應(yīng)分析用于確定線性結(jié)構(gòu)承受隨時間按正弦 (簡諧 )規(guī)律變化的載荷時穩(wěn)定響應(yīng)的一種技術(shù) ； 褚志剛求得驅(qū)動橋殼在垂直激勵作用下的響應(yīng)以及動應(yīng)力，找到驅(qū)動橋殼典型部位以及破壞的確切位置 [9]。該驅(qū)動橋殼在使用中中部區(qū)域常出現(xiàn)裂紋，靜強度計算表明該橋殼靜應(yīng)力分布合理，破壞區(qū)的靜應(yīng)力很小，模態(tài)分析中橋殼的前九階頻率在路面譜頻率范圍內(nèi)，在路面譜的激勵下 很容易引起垂直方向的共振 [9]。兩種解的誤差很小，說明該理論分析方法完全可以應(yīng)用于驅(qū)動橋的模態(tài)分析中。 (2) 驅(qū)動橋殼模態(tài)分析 驅(qū)動橋殼模態(tài)分析主要通 過計算，得到整個驅(qū)動橋殼在自由狀態(tài)下的固有頻率與固有振型，以分析驅(qū)動橋殼的動態(tài)特性。 下面將結(jié)合一些學者在驅(qū)動橋 殼上做的有限元研究成果來具體介紹一下有限元法在驅(qū)動橋殼設(shè)計過程中進行分析、評估和校核中的應(yīng)用 ： (1) 驅(qū)動橋殼垂直彎曲的靜力分析 主要是計算橋殼的垂直彎曲強度和剛度。因此，在驅(qū)動橋殼設(shè)計中，應(yīng)用有限元法具有重要的意義。使用有限元法對車輛驅(qū)動橋殼進行強度分析，只要計算模型簡化得合理，受力與約束條件處理恰當，就可以得到比較理想的計算結(jié)果。在國外，二十世紀七十年代前后，有限元方法逐漸在車輛橋殼的強度分析中得到應(yīng)用。因此，這種方法僅用于對橋殼強度的驗算，或用來與其它車型的橋殼強度進行比較，而不能用于計算橋殼上某點的真實應(yīng)力值。我國通常推薦將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化在典型工況下，只要橋殼的強度得到保證， 就認為該橋殼在車輛的各種行駛條件下是可靠的。這些方法只有在有橋殼樣品的情況下才能使用，而且需要付出相當大的人力、物力和時間。過去，主要是通過對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗 ， 考核橋殼強度和剛度。 (4) 車輛的斷裂力學、接觸力學以及車輛碰撞和被動安全性分析。一類是用有限元法進行模態(tài)分析，求解車輛結(jié)構(gòu)本身的動態(tài)特性，如固有頻率、振型等 ； 另一類是用有限元法進行響應(yīng)分析，即求解得到車輛結(jié)構(gòu)在動載荷作用下的響應(yīng)，這比靜力分析更接近于實際工作情況 [2]。有限元法在車輛設(shè)計中的主要應(yīng)用有 [1]： (1 ) 結(jié)構(gòu)靜力分析：分析計算車輛結(jié)構(gòu)與時間無關(guān)的應(yīng)力分布和變形關(guān)系，這湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 2 是在車輛設(shè)計中最常見的應(yīng)用。在車輛設(shè)計中，有限元法也得到應(yīng)用。因此，國內(nèi)外都對此進行了大量的研究，主要集中于以下幾個方面。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 驅(qū)動橋是工程機械底盤的重要部件，其性能直接影響著機 械 的整體性能。在本課題輕型汽車驅(qū)動橋殼的開發(fā)設(shè)計中，嘗試利用有限元分析，在圖紙設(shè)計階段就通過建立橋殼的物理和數(shù)學模型，模擬橋殼在實際工作中的受載情況，對所設(shè)計的產(chǎn)品在計算機上進行有限元分析，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，然后改進圖紙設(shè)計，進行進一步的分析改進。 在橋殼的傳統(tǒng)設(shè)計中，往往采用類比方法，對已有產(chǎn)品加以改進，然后進行試驗、試生產(chǎn) 。從而 在 保證 驅(qū)動橋殼 強度 、 剛度與 動態(tài)性能要求 的前提下， 為橋殼設(shè)計 提出可行的措施和建議 。 本文以輕型載貨汽車 QX1060 驅(qū)動橋殼為研究對象，詳細論述了從 UG 軟件中的參數(shù)化建模，到 ANSYS 中 有限元模型的建立、邊界條件的施加等研究。湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 I 畢業(yè)論文 輕型汽車 QX1060 驅(qū)動橋殼的有限元分析 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè) 論 文 II 摘要 作為汽車的主要承載件和傳力件，驅(qū)動橋殼承受了載貨汽車滿載時的大部分載荷， 而且還承受由驅(qū)動車輪傳遞過來的驅(qū)動力 、制動力、側(cè)向力等，并經(jīng)過懸架系統(tǒng)傳遞給車架和車身。因此，驅(qū)動橋殼的研究對于 整車性能的控制 是 很重