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正文內(nèi)容

基于ansys-workbench的油田車四種后懸架支架強度的分析畢業(yè)論文-文庫吧資料

2025-06-24 22:31本頁面
  

【正文】 車身振動頻率不致因載荷增大而變化過大[2]。 四中后懸架支架的工況簡介前、后滑塊式支架與車架相連,主要與副簧發(fā)生作用。 四種支架不同工況的受力情況工況1(側(cè)向力朝車架內(nèi)側(cè)時最大載荷工況 單位:N)工況2(側(cè)向力朝車架外側(cè)時最大載荷工況 單位:N)FxFyFzFxFyFz前支架290001940021600290001940021600后支架7000194002160070001940021600滑塊式支架15500中間支架15500前處理結(jié)束后,對支架有限元模型進行檢查,確認邊界條件精確定義后,ANSYS WORKBENCH就可以對支架進行有限元計算了,可以得到支架在不同工況下的應力等值線圖及位移場等值線圖。在實際計算中,我們將模擬支架的危險工況來進行試算,來分析其受力情況。在支架的有限元分析中,必須知道沿邊界的力的大小和分布規(guī)律,這時通常采取一些假定的分布規(guī)律來模擬邊界力的分布。 確定模型的邊界條件有限元分析的主要目的是對實體進行力學分析,所以加載也十分重要,將直接影響著應力和變形圖。所以需要人為的設定網(wǎng)格劃分類型。力的傳遞是考節(jié)點和單元來傳遞的。本文模型四種后懸架支架的原材料是QT400。 所示。 SOLID186 單元圖SOLID187單元為10節(jié)點四面體單元,每個節(jié)點有三個自由度:X、Y、Z 方向的位移。SOLID186單元與其它六面體單元相比,更適合于精度要求較高、邊界為曲線時的模型。對支架實體模型選擇SOLID186,SOLID187高階單元。 設置單元屬性及材料類型1)定義單元類型ANSYS單元庫提供了100種以上的單元類型,從普通的線單元、面單元、體單元到特殊的接觸單元、間隙單元和表面效應單元等等。IGES文件格式的定義遵循兩條原則:①IGES的定義應能改變復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其關系;②IGES文件格式要便于各種CAD/CAM系統(tǒng)的處理[14]。它的主要應用范圍包括:① 在傳遞幾何數(shù)據(jù)的基礎上產(chǎn)生加工圖樣;② 應用傳遞的幾何數(shù)據(jù)實現(xiàn)運動模擬和動態(tài)實驗;③ 把已有的零部件數(shù)據(jù)整理成圖形文件;④ 實現(xiàn)CAD和NC系統(tǒng)的連接;⑤ 實現(xiàn)CAD與有限元分析(FEM)系統(tǒng)的連接等。下面將著重介紹一下初始圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范(IGES)。 導入后懸架支架的有限元模型將第二章所述的,在PRO/ENGINEER中建立的支架模型文件名*.prt另存為*.igs文件名,然后在ANSYSWORKBENCH中選擇GeometryFrom file ,將支架幾何模型轉(zhuǎn)換為便于分析的有限元模型。 3)WORKBENCH只是ANSYS的前臺界面。其特點是:1)ANSYS WORKBENCH與CAD系統(tǒng)的實體及曲面模型具有雙向連結(jié),其導入CAD幾何模型成功率較高。 本課題主要研究ANSYSWORKBENCH的應用。多種物理場間的耦合使計算機虛擬樣機得以實現(xiàn),能夠在產(chǎn)品制作之前通過仿真得到其工作性能及各種指標,及早發(fā)現(xiàn)設計缺陷,實現(xiàn)優(yōu)化設計。ANSYS軟件是第一個通過ISO9001質(zhì)量認證的大型分析設計類軟件,是美國機械工程師協(xié)會(ASME)、美國核安全局(NQA)及近二十種專業(yè)技術協(xié)會認證的標準分析軟件。軟件提供了100種以上的單元類型,用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。軟件主要包括三個部分:前處理模塊,分析計算模塊和后處理模塊。3 四種后懸架支架的原方案的強度分析 ANSYS軟件簡介ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、聲場分析于一體的大型通用有限元分軟件。 .四種支架模型的建立建?;舅枷耄豪脧南轮辽系乃枷虢⒛P?。如圖110所示,通過修改零件的橫軸,裝配零件自動更新。它們之間具有雙向關聯(lián)的特征,采用單一的數(shù)據(jù)管理。如圖19所示,在沒有使用關系式改變陣列數(shù)量時孔位置保持不變,使用關系式改變孔的數(shù)量后孔始終保持均勻分布。用戶還可以使用數(shù)學運算方式建立各特征的數(shù)學關系,使得計算機能自動計算出模型應有的形狀和固定位置。3).參數(shù)式設計Pro/ENGINEER是一個參數(shù)化的系統(tǒng),根據(jù)參數(shù)創(chuàng)建設計模型,幾何形狀的大小都由尺寸參數(shù)控制,用戶在產(chǎn)品設計過程中使用的所有尺寸參數(shù)與物理參數(shù)都存在于單一的數(shù)據(jù)庫中,可以隨時修改這些參數(shù),并可對設計對象進行簡單的分析,計算出模型的體積、質(zhì)量和慣性矩等。2).以特征造型為基礎Pro/ENGINEER是一個基于特征的實體建模工具,以特征作為組成模型的基本單元,實體模型是通過特征完成設計的,即實體模型是特征的疊加。它避免了傳統(tǒng)二維下的點、線、面設計的不足。參數(shù)化的設計模式,不僅能夠清楚地表達設計對象的幾何尺寸,而且具有實際的物理意義[12]。它屬于高端的CAD軟件,支持復雜產(chǎn)品開發(fā)的多方面需求。與8節(jié)點的六面體單元相比,20節(jié)點六面體單元更適合于精度要求較高,邊界為曲線時的模型[11]。 10節(jié)點四面體單元結(jié)構(gòu)圖對于固體力學問題,這種單元的位移函數(shù)可表示為:其中u,v,w分別代表X,Y,Z軸上的位移,S代表形函數(shù)。10節(jié)點四面體單元,它是在三維線性四面體單元的基礎上建立起來的一種高階單元。就全國范圍來講,汽車行業(yè)在有限元中的應用水平與國外相比差距較大。而CAE 技術可以在提高產(chǎn)品質(zhì)量和建立產(chǎn)品開發(fā)能力方面,對汽車企業(yè)提供極大幫助。中國汽車的一個重要戰(zhàn)略制高點-自主的產(chǎn)品開發(fā)能力尚未形成。為我國汽車工業(yè)形成獨立自主開發(fā)能力創(chuàng)造了良好的條件,也大大提高了工程技術人員素質(zhì)和水平,其中汽車仿真分析的理論與方法,得到了推廣和普及。無論在機構(gòu)綜合、通用機械零件部件設計,還是在各種專業(yè)機械和工藝轉(zhuǎn)備的技術都采用了最優(yōu)化技術而取得了顯著成果。在國內(nèi),我國開始從事這方面的研究與應用比較晚。新車開發(fā)中的疲勞、壽命、振動、噪聲等強度和剛度問題,可成熟地在設計階段解決,大幅度提高了設計質(zhì)量,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,節(jié)省大量開發(fā)費用,同時避免了產(chǎn)品投放市場初期常常出現(xiàn)的質(zhì)量問題而影響新產(chǎn)品的聲譽。在國外,發(fā)達國家的有限元水平已經(jīng)很成熟,分析軟件也已經(jīng)相當完善,商業(yè)化程度也很高。它將設計人員豐富的實踐經(jīng)驗與計算機高速精確的計算完美地結(jié)合在一起,大大提高了設計計算精度,縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間。將全部單元剛度矩陣組集起來得到總體剛度矩陣總體平衡方程為在建立總體平衡方程時還應根據(jù)實際情況對約束條件進行處理??梢赃@樣轉(zhuǎn)化的前提是要把單元內(nèi)部任意點位移u看作是節(jié)點位移的函數(shù),該函數(shù)稱為位移函數(shù),假設合理位移函數(shù)是進行合理轉(zhuǎn)化的前提。當采用位移法時,把求解任意連續(xù)結(jié)構(gòu)位移場u的問題轉(zhuǎn)化為只求所有節(jié)點上的位移。在有限元中,當選取單元節(jié)點位移作為基本求解的未知量時稱為位移法,相應的還有應力法等。實際當中,應綜合考慮計算結(jié)果的精度和計算時間。 有限元理論解題的主要步驟1. 結(jié)構(gòu)離散化。對于這些方程組需要一定的計算數(shù)學方法解出其未知量。5)解有限元方程和輔助計算:引入強制邊界條件,解方程得到節(jié)點位移。一般用單元的剛度矩陣來描述單元的性質(zhì),確定單元節(jié)點力與位移的關系。3)確定單元的性質(zhì):確定單元性質(zhì)就是對單元的力學性質(zhì)進行描述。2)挑選形函數(shù)或插值函數(shù):選擇一組函數(shù),通常是多項式,最簡單的情況是位移的線性函數(shù)。通常有限元法都遵循以下基本步驟:1) 物體的離散化:離散化是有限元法的基礎,這就是依據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況,選擇合適的單元形狀、類型、數(shù)目、大小以及排列方式,將擬分析的物體假想地分成有限個分區(qū)或分塊的集合體。2 有限元法基本理論與模型建立 有限元法的基本思想有限元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。3)將其中一種支架在ANSYS ,并與在WORKBENCH模塊中分析的結(jié)果進行對比分析。 課題研究的內(nèi)容 本課題研究的某種油田車的四種后懸架支架,主要工作有下列幾個方面:1)在CAD軟件PRO/ENGINEER中建立懸架支架實體模型,然后對模型的文件格式進行轉(zhuǎn)化,在ANSYSWORKBENCH環(huán)境中建立有限元模型。而且隨之而來的問題就是這個時期國產(chǎn)空氣懸架存在的主要問題是橡膠氣囊的壽命偏低,高度控制閥的泄漏問題一直沒有解決。在國內(nèi),雖然我國對空氣懸架也進行了一定的研究。交通部重慶公路科學研究所對大客車非獨立空氣懸架的導向機構(gòu)進行了研究[7],北京理工大學也進行了日野RC42O型客車空氣彈簧的臺架試驗,并進行了空氣彈簧靜、動特性和氣室容積特性的分析,華南理工大學對空氣懸架的振動傳遞特性進行了研究,取得了一些初步研究結(jié)果。國內(nèi)各大汽車廠、研究所、大專院校都對空氣懸架進行過開發(fā)設計和理論研究。近幾年,由于我國高速公路事業(yè)的迅速發(fā)展,到2003年底.我國高速公路通車程長接近3萬公里,位居世界第二,僅次于美國,而且正以每年4000公里的速度快速增長。此外,空氣彈簧在一些特種車輛(如對防震要求較高的儀表車、救護車、特種軍用車及要求高度調(diào)節(jié)的集裝箱運輸車等)上的應用范圍也越來越廣泛,除了作為懸架的彈性元件以外。國外汽車空氣懸架發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧一氣囊復合式懸架一被動全空氣懸架一主動全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng))”的變化。Takuya Yuasa采用有限元方法對空氣懸架進行了輕量化設計[5]。進入20世紀9O年代以來.隨著電子計算機技術和相關
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