基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析

发布日期:[08-11-30 22:02:04] 浏览人次:[]

150MPa~400MPa。可锻铸铁桥壳取较小值,钢板冲压焊接桥壳取较大值。

上述桥壳强度的传统计算方法,只能算出某一断面的应力平均值,而不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此,它仅用于对桥壳强度的验算,或用作与其他车型的桥壳强度进行比较,而不能用于计算桥壳上某点(例如应力集中点)的真实应力值。使用有限元法对驱动桥壳进行强度分析,只要计算模型简化得当,受力约束处理合理,就可以得到比较详细的应力与变形的分布情况,这些都是上述传统计算方法所难以办到的。

二、实现方法

一般来说,在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。这一般包括几何建模、定义材料属性和实常数(要根据单元的几何特性来设置,有些单元没有实常数)、定义单元类型,网格划分、添加约束与载荷等。由于汽车零部件结构形状较为复杂,包含许多复杂曲面,而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限,难以快速方便地对其建模。因此,针对较复杂的结构,可以先在三维CAD软件(如在UG中)建立几何模型,然后在有限元分析软件ANSYS中通过输入接口读入实体模型,最后在ANSYS中完成其分析过程。

三、有限元计算模型的建立

被分析汽车的参数为:汽车的名义装载量m1=4.0t,满载轴荷时后桥负荷m2=6.0t,车轮中心线至钢板弹簧座中心距离b=370mm,两钢板弹簧座中心间的距离s=1004mm,桥壳本身的重力G0=931.6N,桥壳设计的安全系数为7,弹簧上表面面积5000mm2,由此可得到面载荷为5.88MPa。根据国家标准,当承受满载轴荷时,桥壳最大变形量不能超过1.5mm/m;承受2.5倍满载轴荷时,桥壳不能出现断裂和塑性变形。所以垂直方向的载荷取满载轴荷的2.5倍,即5.88×2.5=14.78MPa。

首先在UG中建立起驱动桥壳的三维模型。在建立桥壳的有限元模型时,先对驱动桥壳实体做必要的简化。对主要承载件,均保留其原结构形状,以反映其力学特性,对非承载件进行了一定程度的简化。简化结果如图2所示。



图2 桥壳的三维模型

然后将模型导入到ANSYS中,对其进行网格划分,划分网格时选用具有较高的刚度及计算精度的四面体10节点92号单元,这样将该零件划分为60183个节点,29805个单元,如图3所示。



图3 桥壳的有限元模型

该驱动桥壳的本体材料为8mm厚的09SiVL钢板,从材料手册中查出其弹性模量E=5MPa,泊松比μ=0.3,材料密度为7850。计算桥壳的垂直静弯曲刚度和静强度的方法是:将后桥两端固定,在弹簧座处施加载荷,将桥壳两端车轮中心线处全部约束,然后在弹簧座处施加规定载荷。

四、计算结果

在有限元模型中,驱动桥壳在2.5倍满载轴荷工况下,应力及位移云图分别如图4、图5所示,最大位移为0.469E-03m,最大应力为2185MPa,出现在半轴套管约束处。在不考虑由于约束影响造成的局部过大应力的情况下,应力较大值分布在钢板弹簧座的两侧,约为240MPa,远小于材料的许用应力=510MPa~610MPa。所以,该桥壳是符合结构强度要求的。



图4 2.5倍满载荷条件下的Mises应力云图



图5 2.5倍满载荷条件下的Mises位移云图

五、结束语

通过建立汽车零部件、结构或系统的有限元计算模型,或利用UG等CAD软件建立3D参数化模型进行转化,在CAE软件中进行仿真分析和计算,可以降低设计开发成本,减少试验次数,缩短设计开发周期,提高产品质量,使得汽车在轻量化、舒适性和操纵稳定性方面得到改进和提高,具有非常重大的实际意义。

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