轻型汽车qx1060驱动桥壳的有限元分析毕业论文(编辑修改稿)

轻型汽车qx1060驱动桥壳的有限元分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

入数据库；载荷和求解结果通过求解器写入数据 库；后处理结果通过后处理器写入数据库，如果需要，可为其他处理器所用。 ANSYS 的主要技术特点 ANSYS 作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件，其技术特点主要表现在以下几个方面： 1） 数据统一。 ANSYS 使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果，实现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一； 2） 强大的求解功能。 ANSYS 提供了数种求解器，用户可以根据分析要求选择合适的求解器； 3） 强大的非线性分析功能。 ANSYS 具有强大的非线性分析功能，可进行几何非线性、材料非线性及状态非线性分析； 4） 智能网格划分。 ANSYS 具有智能网格划分功能，能根据模型的特点自动生成有限元网格； 5） 良好的优化功能。 利用 ANSYS 优化设计功能，用户可以确定最优化设计方案；用 ANSYS 的拓扑优化功能，用户可以对模型进行外型优化，寻求物体对材料的最佳利用； 6） 可实现多场耦合功能。 ANSYS 可以实现多物理场耦合分析，研究各物理场湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 7 间的互相影响； 7） 提供与其它多种程序接口。 ANSYS 提供了与多数 CAD 软件及有限元软件的接口程序，可实现数据共享和交换，如 Pro/E、 UG、 CATIA、 NASTRAN、 AutoCAD、IDEAS 等； 8） 良好的用户开发环境。 ANSYS 开放式的结构使用户可以利用 APDL 语言进行二次开发。 ANSYS Workbench 简介 ANSYS Workbench 是 ANSYS 公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中 CAE 软件的异构问题。 面对制造业信息化大潮、仿真软件的百家争鸣双刃剑、企业智力资产的保留等各种工业需求， ANSYS 公司提出的观点是：保持核心技术多样化的同时，建立协同仿真环境。 ANSYS 仿真协同 仿真 环境的目标是，通过对产品研发流程中仿真环境的开发与实施，搭建一个具有自主知识产 权的、集成多学科异构 CAE 技术的仿真系统。 以产品数据管理 PDM 为核心，组建一个基于网络的产品研制虚拟仿真团队，基于产品数字虚拟样机，实现产品研制的并行仿真和异地仿真。 所有与仿真工作相关的人、技术、数据在这个统一环境中协同工作，各类数据之间的交流、通讯和共享皆可在这个环境中完成。 开发这个协同仿真环境的平台便是ANSYS Workbench[12]。 基于 Workbench 的仿真环境有三点与传统仿真环境有所不同： 1） 客户化： Workbench 像 PDM 那样，利用与仿真相关的 API，根据用户的产品研发流程特点开发 实施形成仿真环境，而且用户自主开发的 API 与 ANSYS 已有的 API 平等。 这一特点也称为 “实施性 ”； 2） 集成性： Workbench 把求解器看作一个组件，不论由哪个 CAE 公司提供的求解器都是平等的，在 Workbench 中经过简单开发都可直接调用； 3） 参数化： Workbench 与 CAD 系统的关系不同寻常。 它不仅直接使用异构CAD 系统的模型，而且建立 了 与 CAD 系统灵活的双向参数互动关系。 当我们结合世界制造业信息化主旋律，在数字化工程背景下审视这三个特点时，会发现 Workbench 将给产品研发流程带来革命 性的变化。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 8 CAD/CAE 在汽车设计中的应用 计算机辅助设计（ CAD）技术自 50年代初麻省理工学院 APT程序以来，即以 其 当代 “ 十大技术革命之一 ” 的旺盛生命力， 蓬勃地发展起来。 最初 CAD技术并不是现今的 Computer Aid Design所指的计算机辅助产品设计，而是Computer Drawing所指的二维绘画技术。 在工业技术革命的深入开展过程中， CAD先后出现了三维曲面造型和实体造型两次重大技术变革，在 80年代又出现了基于特征的参数化实体造型技术，它的特点为 ： 基于 特征 、 全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 参数化技术的成功应用，大大推进了计算机辅助集成制造系统的进程，也为其本身的发展注入了强大的生命力，使其成为 CAD发展进程中第三次技术革命的核心。 其中最具代表性的有 CATIA， Pro/E等大型软件。 CAD实体造型技术的发展又加速了计算机辅助工程 CAE的发展。 CAE是以有限元数值计算为核心，将 CAD实体模型运用于工程分析的技术。 它经历了探索发展、独立发展、专家应用三个阶段，到 90年代，已发展为与 CAD特征建模相结合，集成为一体的面向设计者的技术。 解决的技术问题也 从弹性力学问题拓展到稳定问题、动力问题和波动问题。 分析对象从弹性材料拓展到塑性、粘塑性和复合材料；应用领域则从固体力学拓展到流体力学、传热学等领域。 计算机软、硬件技术以超乎想象的速度发展着，随之带来了工业设计领域的惊人变革。 汽车结构设计领域也不例外，现代设计方法的引进打破了汽车结构设计长期停滞不前的状态，为这一古老的机械行业增添了无限生机。 课题研究内容 本课题主要从以下几个方面进行研究工作： 1） 利用 UG 建立驱动桥壳的几何模型，并进行适当的模型简化，为建立驱动桥壳的有限元模型奠定基础。 2） 将 UG 模型导入 ANSYS Workbench 中，并且针对其中出现的几何模型数据湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 9 丢失问题进行局部修复，比如删除重合面，填补缺失体等。 因为考虑到这是两个不同软件之间的交换，所以模型的修复是一个细致反复的过程。 3） 对驱动桥壳 四种典型工况 ，即冲击载荷工况、最大驱动力工况、最大制动力工况以及最大侧向力工况 进行静态分析 ，通过 mises 应力 图和变形图检验驱动桥壳是否满足强度和刚度要求，并且 分析 影响应力分布的因素。 4）对驱动桥壳进行理论模态分析，包括自由模态和约束模态。 考察各阶模态对应的频率 和振型特点 ， 并运用分析所得 的结果为工程实际提供有价值的理论参考 ，比如路面的激励是否会引起桥壳的共振等。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 10 2 驱动桥壳的 CAD 建模 驱动桥壳的结构特点 本课题研究的对象是一款轻型汽车的驱动桥壳，采用的是钢板冲压焊接的方式成形。 钢板冲压焊接式桥壳属于整体式桥壳的一种，具有质量小、制造工艺简单、材料利用效率高、抗冲击性能好以及成本低等优点，并适用于大量生产。 目前，它在轻型货车和轿车上得到广泛采用。 这里所涉及到的钢板冲压焊接驱动桥壳，结构上是一根空心梁。 它主要由冲压成形的上下两件桥 壳主件和四块三角镶块、前后两个加强环、一个后盖以及两端两个半轴套管焊接而成，以及包括钢板弹簧座、垫圈，销等附件。 并且为了防止桥壳内润滑油外溢，在桥壳轴管处焊接 了 挡油环或加装油封。 因此 ，驱动桥壳的整体建模是一个比较复杂的过程，建模初期就应该适当考虑合理的模型简化。 UG 软件 介绍及 参数化 建模思想 UG 软件介绍 UG 软件是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业的 CAX（即 CAD、 CAE、CAM 等的总称）高端软件。 CAD（ Computer Aided Design，计算机辅助设计）一般是指工程技术人员以计算机为辅助工具，完成产品的设计、工程分析、绘图等工作，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低生产成本的目的。 CAE（ Computer Aided Engineering，计算机辅助工程分析）也是以计算机为辅助工具，完成产品的结构分析、模态分析、运动仿真等工作，进而对产品的设计进行初步的评定和检查。 CAM（ 计算机辅助制造， Computer Aided Manufacturing）是在计算机辅助下完成从准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、 NC 自动编程、生产作业 计划、生产控制、质量控制等 [13]。 除上述之外， UG 也很容易实现产品的创新与开发。 UG 的产品创新开发技术和湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 11 手段，主要包括：全集成、全相关、前瞻性、数字样机、快速反映机制和知识工程（ KBE）这 6 个方面。 其中全集成包括数据与系统集成、功能集成、过程集成、信息集成、企业集成；全相关是指不仅能在产品内部保持尺寸大小的相关性，而且还具有结构形状的相关，即几何相关，更要具有过程相关；快速反应机制的具体方面有两个：逆向工程（ RP）技术与快速成型（ RP）技术，前者是对产品进行空间三维测量以获得海量数据并建立测量对象的数字 模型；后者是利用数字模型快速建立对象的物理实体，用于评估、分析和作为模芯等。 实现这些功能也是靠 UG 的各个模块独立并协同操作来完成。 UG 参数化建模思想和一般模块介绍 汽车产品在今天也逐步走向系列化、标准化。 UG 的参数化设计平台不仅仅是表现在各零部件相互影响的基础上，它在零件设计本身也有很多优点，它可以和电子表格建立连接接口，建立一个部件族，可以很方便 地 生成和修改所需要的部件 [14]。 下面举一个标准件螺栓的例子来说明。 参数化建模的一般思路准备图： 图 参数化建模思路图 本例参数化建模的过程： 1） 根据图纸和自由变化参数确定建模方法。 零件的形体分析 确定设计变量 和建模策略 对零件的各种参数进行提取 结合零件按形状确定哪些参数是自由的 ，哪些是固定值。 再次结合 UG 软件参数化建模的特点来确定合适的建模方法 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 12 2） 创建参数化模型。 图 参数化模型图 3） 设置参数之间的关系。 图 参数化中的表达式图 4） 提取自由变化的参数。 图 2. 4 可提取并修改的参数图 5） 创建零件库，输入零件系列数据创建零件模型。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 13 图 增加库零件参数图 图 完成零件库图 6） 通过查看生成的各个零件的参数表达式是完全符合第 5 步电子表格中所给的数据，这说明此部件族已经成 功创建，并且这些零件都是可以调用。 参数化设计的最大优点就是能够简化重复建模的许多步骤。 通过与电子表格的连接，也使得整个过程更加有序 [13]。 此次毕业设计主要是采用 UG 软件进行三维建模，因此有必要将在建模过程中经常使用到的几个模块进行介绍： 1） UG/入口模块，它是连接所有 UG 模块的基础。 2） UG/实体建模模块，它将基于约束的特征建模和显式几何模型方法无缝的结合起来，提供了当今 CAD/CAM 软件界最强有力的 “ 复合建模 ” 工具，使用户可以充分利用集成于先进的、基于特征环境中的传统的实体、面、线框造型的优势。 3） UG/特征建模模块，它提供了支持建立和编辑下列各种标准的设计特征：孔、槽、型腔、柱体、块体、锥体、球体、管状体、杆、倒圆和倒角等。 4） UG/自由曲面建模模块，它可将实体建模和表面建模的技术合并，建成一个功能强大的建模工具组。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 14 5） UG/工程制图模块，它利用 UG 的复合建模技术，该模块可生成尺寸与实体模型相关的工程图，并保证随着实体模型的改变而同步更新工程图尺寸，包括消隐线和相关横截面视图在内的二维视图在模型修改时也会自动更新。 6） UG/装配建模模块 ， 它提供了并行的、自上而下的产品开发方法。 UG/Assembly Modeling 的主模型在整个装配过程中可以进行设计和编辑。 驱动桥壳的建模及简化处理 驱动桥壳三维的建模 驱动桥壳的三维设计流程图： 图 驱动桥壳的建模思路图 在初步建模阶段，为了全面真实地反映驱动桥壳的结构，将对其各部分进行细致建模。 驱动桥壳是一个装配组件，涉及到多个小部件。 而每一部分的几何构成元素又是各不相同的，所以造成其涉及到的几何建模方法也比较复杂。 如中间环形空心梁处比较薄，并且是一系列的曲 面过渡。 首先建立用于构造曲面的边界曲线，使用 UG 提供的曲面构造方法构造曲面。 一般来讲，对于简单的曲面，可以一次完成建模。 而此处桥壳的曲面形状比较复杂，难以一次完成。 我们先采用曲线构造方法创建上半部分的四分之一曲面，然后通过曲面的过渡 连接 、光顺处理、曲面的编辑等步骤完成整体造型。 通过工程图获 桥壳的设计变量 确定桥壳各组成部分建模所涉及到的主要几何元素 结合软件特点找到 合适的建模思路 建模中注意参数化思路， 选择。