基于有限元模式下的桥梁结构分析
前言有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的计算方法。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。
关键词结构划分分割单元分析
一有限元运用原理
将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
二有限元运用步骤
步骤1：剖分: 将待解区域进行分割，离散成有限个元素的集合．元素（单元）的形状原则上是任意的．二维问题一般采用三角形单元或矩形单元，三维空间可采用四面体或多面体等．每个单元的顶点称为节点（或结点）．步骤2：单元分析: 进行分片插值，即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网格点上的函数值展开，即建立一个线性插值函数
步骤3：求解近似变分方程用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元法把连续体离散成有限个单元：杆系结构的单元是每一个杆件；连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。有
限元法十分有效、通用性强、应用广泛，已有许多大型或专用程序系统供工程设计使用。结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。
有限单元法最早可上溯到20世纪40年代。Courant第一次应用定义在三角区域上的分片连续函数和最小位能原理来求解St.Venant扭转问题。现代有限单元法的第一个成功的尝试是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飞机结构时，将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确答案。1960年，Clough进一步处理了平面弹性问题，并第一次提出了"有限单元法"，使人们认识到它的功效。我国著名力学家，教育家徐芝纶院士（河海大学教授）首次将有限元法引入我国，对它的应用起了很大的推动作用. 三桥梁结构的有限元分析
1、有限元程序分析的过程
有限元程序分析的过程大致分为三个阶段：
（1）建模阶段
建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。
但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
（2）计算阶段
计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。
（3）后处理阶段
它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是结构有限元分析的目的所在。
四桥梁结构的仿真分析
桥梁结构设计过程通常分为3个层次：
第1个层次----结构总体设计
在该层次计算中，考虑的重点是结构总体的力学行为，包括桥梁结构设计过
程中及成桥后主梁纵桥向应力的变化过程及主梁标高的变化过程以及结构的稳定性。这个层次的分析一般采用杆单元建立有限元模型。
第2个层次----局部应力分析
在该层次计算中，考虑的重点是结构中构件之间的连接节点应力，荷载作用的集中效应，如预应力束（体外索、体内索、斜拉索、吊杆索、主缆索）锚固节点和支撑节点的局部应力分析，桥梁墩台在支座作用下局部应力分析以及塔梁、拱梁、柱梁、弦杆的刚性节点局部应力分析等。
这个层次的分析一般采用块体单元建立有限元模型。
第3个层次----结构仿真分析
在该层次计算中，有限元计算模型逼近真实结构（即减少计算模型中的简化处理），考虑的重点是模拟各种作用下（如荷载作用、温度作用等）结构的实际工作状态。这个层次的分析一般采用空间梁单元、板壳单元、块体单元和索单元建立有限元混合单元模型。
对于一座桥梁的全桥结构仿真分析所要完成的工作主要划分为三大部分：
1建立全桥统一结构分析体系下整座桥梁所有承载构件的详细模型。该模型由实体、板壳、梁、杆、索等多种单元组合而成，能够准确模拟构件的空间位置、几何尺寸、连接形式、本构关系、荷载作用、初始内
力和初始变形等；
2 运用可靠的数值分析方法，如有限元法等，对上述模型进行大规模的全桥结构效应计算，由此得到相对详尽、精确和可靠的分析结果；
3 借助丰富有效的图形显示软件对计算所输出的大量数字信息进行可视化处理，使计算者能直接看到全桥各部位的位移、应力、应变等计算结果的分布图像，从图像上直接进行分析、判断，来获得有用的结论。
从有限元的基本方法派生出来的方法很多，则称为三维单元。如有限条法、边界元法、杂交元法、非协调元法和拟协调元法等，用以解决特殊的问题。计算机能力的提升使得有限元分析由单场分析到多场分析变成现实，未来的几年内，多物理场分析工具将会给学术界和工程界带来震惊。单调的“设计－校验”的设计方法将会慢慢被淘汰，虚拟造型技术将让你的思想走得更远，通过模拟仿真将会点燃创新的火花。
结束语
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。应用有限元可以大大提高桥梁结构的安全程度与美学要求。
驱动桥壳有限元分析 汽车驱动桥壳的功用是支承并保护主减速器，差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定，并且支承车架及其上的各总成质量。 1 驱动桥壳设计要求 在设计选用驱动桥壳时，要满足以下设计要求： （1）应该具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常，并不使半轴产生附加弯曲应力。 （2）在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。 （3）保证足够的离地间隙。 （4）结构工艺性好，成本低。 （5）保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入。 （6）拆装，调整，维修方便。 2 驱动桥壳类型确定和材料选择 驱动桥壳通常分为整体式桥壳、分段式桥壳，前者强度和钢度较大，便于主减速的装配、调整和维修。普遍用于各类汽车上；多段式桥壳较整体式易于铸造，加工简便，但维修保养不便，汽车较少采用。 本设计选用整体式桥壳。后桥壳体为整体铸造，半轴套管从两端压入桥壳中。后桥壳前部和主减速器连接，后部为可拆式后盖，后桥壳上装有通气塞。 图1 驱动桥壳结构尺寸 1 1
2 本设计中的驱动桥壳总长为1800mm ，簧板距为970mm ，桥壳厚度为8mm ，选用材料为可锻铸铁，牌号为KT350-10，弹性模量为Mpa 61055.1 ，泊松比为0.23，密度为3/7200m kg ，抗拉强度为350Mpa ，屈服强度为200Mpa 。 这种材料有着较高的强度、塑性和冲击韧度，可用于承受较高的冲击，振动及扭转载荷下工作的零件。 3 对驱动桥壳进行有限元分析 ABAQUS 是一套功能强大的有限元分析软件，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是突出，它融结构、流体、传热学、声学、电学及热固耦合、流固耦合等于一体，由于其功能强大，再加上其操作界面人性化，越来越受到人们的欢迎。 在对桥壳进行有限元分析，首先将CATIA 软件设计的驱动桥壳模型导入ABAQUS 软件中，并将上述材料属性添加到模型。 图2 将模型导入ABAQUS 并赋予属性 由于本设计的桥壳为整体式桥壳，整体式桥壳与轮辋在凸缘盘外侧位置通过轴承相连接，因此可以将此处位置的约束看成全自由度约束。桥壳通过板簧座位置与车体相连接，此处位置承受车体载荷。 本设计中车体满轴载荷（后）为6910kg ，考虑到车满载状况下行驶通过不平路面，将受冲击载荷，所以取2.5倍满轴载荷加于板簧座上，即总质量为17275kg ，每个板簧座承受86375kg 。
钢箱梁桥的有限元分析 1．钢箱梁桥的概述 在大跨度桥梁的设计中，恒载所占的比重远大于活载，随着跨度的增大，这种比例关系也越来越大，极大地影响了跨越能力。因此，从设计的经济角度来说，考虑减轻桥梁结构的自重是很重要的。钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均很高的匀质材料，并且材料的可焊性好，通过结构的空间立体化，钢桥能够具有很大的跨越能力。 随着高强度材料和焊接技术的发展，以及桥梁设计、计算理论的发展和计算机技术发展，从50年代以来，钢梁桥地建设取得了长足的发展，欧洲相继建造了多座大跨钢桥。从前被认为不可能计算的复杂结构，现在能够通过计算机完成，并且计算结果与实测结果吻合较好。同过去相比，在相同的跨度与宽度的条件下，用钢量可减少15一20 %，工期与工程的造价也都减少很多，因此钢桥在大跨桥梁领域内具有相当强的优势和竞争力。 在构成钢桥的主要构件中，其翼缘和腹板均使用薄板，其厚度与构件的高度和宽度比都比较小，是典型的薄壁构件。它与以平面结构组合为主的桥梁结构分析有一定的区别，它涉及到很多平面结构中不常考虑的扭转问题，所以必须依据薄壁结构理论才能明了其应力和应变状态，其应力及变形应按照薄壁结构的理论进行计算。 由于钢箱梁桥是空间结构，结构在恒载或活载的作用下会发生弯一扭藕合。如果采用传统的计算手段和方法，计算模型要进行必要地简化，为了简化计算，一般的设计规范都要通过构造布置，使实际结构满足简化后的计算理论。实践表明在满足构造要求后，计算的精度能够满足实际地需要。但是这样的计算无法得到结构的一些特定部位的精确解，例如变截面和空间构件交汇的部位等。随着计算机技术和有限元理论的发展和进步，计算机的有限元法己成为现代桥梁的重要计算手段，不但有很高的效率而且可以根据实际的需要进行仿真分析，计算结果经验证与结构的实际结果吻合较好。当前结构的计算机仿真分析已成为一种广为应用的计算手段。 同一座桥梁可以采用不同的施工方法，但是成桥后的最终应力状态会有差异，结构的最终应力状态与安装过程密不可分。例如连续梁可采用满堂支架法和悬臂拼装法，两者成桥后的应力状态却有较大的区别。因此必须针对特定的施工方法，对施工过程中每一个施工阶段的结构应力进行计算，确保各个阶段的应力满足相关规范。 由于在制造和安装等原因，结构的最终状态会与设计状态有一定的差异，各国都通过制订有相关的规范来指导施工和竣工验收的标准。这些标准规是通过长期的实践与试验以及计算分析的基础上得出的，满足这些相关规范的要求一般就可以保证结构的安全性。但是由于实际结构是受力复杂的空间结构，特别是结构的一些局部范围可能在某一工况下处于较高的应力状态，而其他部为却处于相对较低的应力状态，这样不利于充分发挥材料的力学性能。现在可以通过大型通用有限元软件对大桥在使用过程中可能存在的各个工况的受力状态进行仿真分析，确定出结构不利的部位以及富余较大的部位，便于调整设计。 1.1本论文的研究目的 常用的计算机方法是将主梁转换成具有等效截面的梁单元计算，这种方法能够较好的从整体上考虑结构的空间特点，虽然也反映了空间结构的特点，但是它也存在以下明显的不足： 1. 不能准确模拟边界条件。例如支点的约束，梁单元通常只能简化为一点的约束，但是不管什么样的约束实际结构总是以面接触来实现的;
驱动桥壳毕业设计 【篇一：驱动桥毕业设计111】 某型重卡驱动桥设计 摘要 驱动桥是构成汽车的四大总成之一，一般由主减速器、差速器、车 轮传动装置和驱动桥壳等组成，它位于传动系末端，其基本作用是 增矩、降速，承受作用于路面和车架或车身之间的力。它的性能好 坏直接影响整车性能，而对于载重汽车显得尤为重要，采用传动效 率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向。 本文参照传统驱动桥的设计方法进行了载重汽车驱动桥的设计本次 设计首先对驱动桥的特点进行了说明，根据给定的数据确定汽车总 体参数，再确定主减速器、差速器、半轴和桥壳的结构类型及参数，并对其强度进行校核。数据确定后，利用autocad建立二维图，再 用catia软件建立三维模型，最后用caita中的分析模块对驱动桥壳 进行有限元分析。 关键词：驱动桥；cad；catia；有限元分析 abstract drivie axle is one of the four parts of a car, it is generally constituted by the main gear box, the differential device, the wheel transmission device and the driving axle shell and so on it is at the end of the powertrain.its basic function is increasing the torque and reducing speed and bearing the force between the road and the frame or body.its performance will have a direct impact on automobile performance,and it is particularly important for the truck. using single stage and high transmission efficiency of the drive axle has become the development direction of the future trucks. this article referred to the traditional driving axles design method to carry on the truck driving axles design.in this design,first part is the introduction of the characteristics of the drive axle,according to the given date to calculate the parameters of the automobile,then confirm the structure types and parameters of the main reducer, differential mechanism,half shaft and axle housing,then check the strength and life of them.after confirming the
有限元原理在桥梁结构分析中的应用 在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。在许多学科它已经成为至关重要的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。 一、有限元原理 将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 二、结构有限元求解问题 依据有限元法的基本思想，结构有限元求解问题可以分解为两个问题，即单元分析和单元集合问题。 （1）单元分析 所谓单元分析就是对某一复杂求解的结构取微小单元进行分析，依据其力学物理特性寻找描述该单元特性的数学函数。即通常说的描述该单元变形的形函数。 （2）单元集合 按照单元之间的联结方式，对整个求解问题系统进行整合。在弹性力学中利用单元的内部势能力与外部作用势能一起守恒，建立内部单元与外界作用之间的联系。 （3）问题的求解 获得内部单元与外界作用之间的联系，即系统的总刚度矩阵。要对问题的求解，则需要依据系统的外部条件求解出各个内部单元的变形状态，依据内部单元的变形，确定内部单元的应力。 因此，有限元法是最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
三、梁结构的有限元分析 1. 有限元程序分析的过程 有限元程序分析的过程大致分为三个阶段： （1）建模阶段 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。 但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 （2）计算阶段 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 （3）后处理阶段 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是结构有限元分析的目的所在。 2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。 总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型； b）分析类型； c）分析内容； d）计算精度要求； e）模型规模；
有限元法的基本思想及计算步骤 有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体，简称离散化。这些单元仅在顶角处相互联接，称这些联接点为结点。离散化的组合体与真实弹性体的区别在于：组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。但是这种联接要满足变形协调条件，即不能出现裂缝，也不允许发生重叠。显然，单元之间只能通过结点来传递内力。通过结点来传递的内力称为结点力，作用在结点上的荷载称为结点荷载。当连续体受到外力作用发生变形时，组成它的各个单元也将发生变形，因而各个结点要产生不同程度的位移，这种位移称为结点位移。在有限元中，常以结点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他方法，建立结点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程，从而求解结点的位移分量。然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。显然，如果单元满足问题的收敛性要求，那么随着缩小单元的尺寸，增加求解区域内单元的数目，解的近似程度将不断改进，近似解最终将收敛于精确解。 用有限元法求解问题的计算步骤比较繁多，其中最主要的计算步骤为： 1）连续体离散化。首先，应根据连续体的形状选择最能完满地描述连续体形状的单元。常见的单元有：杆单元，梁单元，三角形单元，矩形单元，四边形单元，曲边四边形单元，四面体单元，六面体单元以及曲面六面体单元等等。其次，进行单元划分，单元划分完毕后，要将全部单元和结点按一定顺序编号，每个单元所受的荷载均按静力等效原理移植到结点上，并在位移受约束的结点上根据实际情况设置约束条件。 2）单元分析。所谓单元分析，就是建立各个单元的结点位移和结点力之间的关系式。现以三角形单元为例说明单元分析的过程。如图1所示，三角形有三个结点i，j，m。在平面问题中每个结点有两个位移分量u，v和两个结点力分量F x，F y。三个结点共六个结点位移分量可用列
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析 有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法，以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用，特别是在材料应力、应变的线性范围更是如此。在汽车设计领域，无论是车身、车架的计算仿真，还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均使用到该方法。 有限元分析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。经过近50年的发展，有限元法的理论日趋完善，已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。ANSYS是当前国际上流行的有限元分析软件，广泛地应用于各行各业，是一种通用程序，可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析，如汽车、宇航、铁路、机械和电子等行业。ANSYS软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体，最大限度地满足工程设计分析的需要。通过结合ANSYS软件，能高效准确地建立分析构件的三维实体模型，自动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，并自动进行有限元求解，对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出，对结构的动态特性作出评价。它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。 汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用于各类汽车上。但是由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性。因此近年来，许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。本文中所研究的对象是在某型号货车上使用的整体式桥壳。 一、驱动桥壳强度分析计算 可将桥壳视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎以反力（双胎时则沿双胎中心），桥壳承受此力与车轮重力之差，受力如图1所示。
目录 摘要 Abstract 1 绪论 ....................................................................................................................... 2 桥壳设计 ............................................................................................................... 2.1桥壳的设计要求................................................................................................. 2.2桥壳的结构型式................................................................................................. 2.3桥壳的三维参数化设计..................................................................................... 2.4桥壳强度计算..................................................................................................... 2.4.1 桥壳的静弯曲应力计算 ................................................................................. 2.4.2 在不平路面冲击载荷作用下桥壳的强度计算 ............................................. 2.4.3 汽车以最大牵引力行驶时桥壳的强度计算 ................................................. 2.4.4 汽车紧急制动时桥壳的强度计算 ................................................................. 2.4.5 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算 ......................................................... 3 半轴的设计 ........................................................................................................... 3.1半轴形式............................................................................................................. 3.2三维建模............................................................................................................. 3.3实心半轴强度校核计算：................................................................................. 3.3.1 半轴材料的性能指标： (12) 3.3.2 断面B-B处的强度计算：............................................................................. 3.3.3 断面B-B处的强度计算(四档时) ................................................................ 3.3.4 断面C-C处强度计算..................................................................................... 3.4空心半轴强度校核............................................................................................. 3.4.1断面B-B处的强度校核 (14) 3.4.2 断面B-B处的强度计算(四档时) ................................................................ 3.4.3 断面C-C处的强度计算................................................................................. 结论 ........................................................................................................................... 参考文献 致谢 微型汽车后驱动桥半轴和桥壳设计
1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◇右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”——所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体”——某个零件的所有实体(多实体)将被赋予指定的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”——只有
断开式驱动桥有限元研究 王希诚 东风汽车公司技术中心
断开式驱动桥有限元研究 The Finite Element Analysis Method of the Divide Axle 王希诚 （东风汽车集团技术中心） 摘要：本文以某越野车断开式驱动桥为研究对象，利用HyperWorks进行仿真计算。通过与该桥壳破坏试验结果的对比分析，验证该断开式桥壳分析方法的可行性。 关键词：有限元断开式桥壳 Abstract By using the HyperWorks simulation, the paper is studied the divide axle. Compared with the result of the destructive test, confirms the feasibility of the analysis method. Keyword：FEM，Divide Axle 1 前言 断开式驱动桥总是与独立悬挂相匹配，又称为独立悬挂驱动桥。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况与对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不同路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野车。越野车对越野性能要求比较高，开发的新一代越野车多采用断开式驱动桥。 鉴于目前重型货车多采用非断开式驱动桥，CAE仿真分析的工作者就非断开式驱动桥展开了很多工作；但断开式驱动桥的有限元分析工作却仅在各单位内部开展。为了丰富各种桥壳的分析方法，特写此文，希望能达到抛砖引玉的作用。 2 模型介绍 2.1 处理软件说明
汽车驱动桥桥壳的有限元分析 牟建宏 （西南大学工程技术学院，北碚 400715） 摘要：用任意三维软件建立了驱动桥壳的三维实体模型。通过对驱动桥壳进行有限元分析（在此仅进行静力学分析）。通过有限元进行应力计算，判断驱动桥壳每m轮距最大变形量和垂直弯曲后背系数是否符合要求。为驱动桥壳的结构改进及优化设计提供了理论依据。关键词：驱动桥壳；有限元分析；ANSYS 0引言 驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。非断开式驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上[1]。因此，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，减少桥壳的质量，有利于降低动载荷，提高汽车行驶的平顺性和舒适性。而驱动桥壳形状复杂，应力计算比较困难，所以有限元法是理想的计算工具。1有限元法的简介 1.1有限元法的定义 有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的数值计算方法。科学计算领域，常常需要求解各类微分方程，而许多微分方程的解析解一般很难得到，使用有限元法将微分方程离散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。有限元法在早期是以变分原理
为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系[2]。 1.2有限元法的基本原理 将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题[3]。 1.3有限元分析的基本步骤 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。
新产品 最新动态 技术文章 企业目录 资料下载 视频/样本 反馈/论坛 | 基础知识 | 外刊文摘 | 业内专家 | 文章点评 投稿 基于ANSYS 的汽车驱动桥壳的有限元分析 作者：武汉理工大学 杨波 罗金桥 析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。经过近50年的发展，有理论日趋完善，已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。ANSYS 是当前国际上流行的有 软件，广泛地应用于各行各业，是一种通用程序，可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析，如汽车、宇航、铁路、机械SYS 软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体，最大限度地满足工程设计分析的需要软件，能高效准确地建立分析构件的三维实体模型，自动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，并自动进行有限元求解，对行图形显示和结果输出，对结构的动态特性作出评价。它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模桥壳是汽车上的主要承载构件之一，其作用主要有：支撑并保护主减速器、差速器和半轴等，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定；车架及其上的各总成质量；汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大，制造较困难，故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造体式桥壳，分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度，且便于主减速器的装配、调整和维修，因此普遍应用是由于其形状复杂，因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论，驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型定断面的最大应力值，然后考虑一个安全系数来确定工作应力，这种设计方法有很多局限性。因此近年来，许多研究人员利用有限元行了计算和分析。本文中所研究的对象是在某型号货车上使用的整体式桥壳。 桥壳强度分析计算 视为一空心横梁，两端经轮毂轴承支撑于车轮上，在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷，而沿左右轮胎中心线，地面给轮胎以反胎中心），桥壳承受此力与车轮重力之差，受力如图1所示。
第一章实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1．建立实体模型的两种途径 ①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模： ②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2．实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。 ①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 ②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。 ③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 ④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1．全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系 (Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。
轿车差速器设计及驱动桥壳的有限元分析 ee （ee） 指导老师：ee [摘要]本次毕业设计主要是对安装在驱动桥的两个半轴之间的差速器进行设计，主要涉及到了差速器非标准零件如齿轮结构和标准零件的设计计算，同时介绍了差速器的发展现状和差速器的种类，对于差速器的方案选择和工作原理也作出了简略的说明，通过运用PRO/E软件对差速器进行三维建模工作，差速器的非标准零件的设计计算，比如行星齿轮，半轴齿轮，垫圈，还有十字轴,通过这一系列的计算，得到了详细准确的设计参数，为PRO/E的差速器建模工作奠定了基础，工程图的制定则是根据对所测绘零件的技术要求的分析，进一步巩固和完善所学的机械制图知识，结合已学的专业知识，合理的选择装配公差、加工余量,涉及的专业知识广泛，对提高自身的专业知识应用能力有重大的意义。对差速器的工作状况进行运动仿真，运动仿真是运用三维建模后装配，并使用销钉、刚性等各种连接后加上各类运动副，如齿轮副、凸轮机构等，添加伺服电机对所设计的装配体进行运动学分析通过仿真输出数据与理论数据进行比较，并检查干涉，修改不合理零部件。并对驱动桥壳的工况进行有限元分析，有限元结构分析则是通过对零件三维模型的载荷，约束等情况的分析，结合所学有限元理论，对零件的强度在PRO/E的结构分析模块下做校核，并根据计算的应力对零部件做相应的改进设计，为企业生产提供理论基础。 [关键词]行星齿轮，半轴齿轮，十字轴，运动仿真，有限元分析
The Design of Vehicle’s Differential and the Finite Element Analysis about the Driving Axle Housing ee (ee ) Tutor: ee Abstract:The design of the main drivers on the installation of the bridge in between the two axle differential design, mainly related to the differential structure of non-standard parts such as gear parts and standards for design and calculation, but also introduced the development of differential status and the type of differential. For differential selection and the principle of the program have also made a brief note. Building the differential’s 3D modeling through the use of PROE sofeware , differential calculation in the design of non-standard parts, such as planetary gear, axle shaft gear, the gasket , and cross axis, through a series of calculation, get the accurate and detailed design parameters, for PRO/E differential modeling work laid a foundation , formulation is based on the engineering drawing for the parts of surveying and mapping analysis of the technical requirements of the further consolidate and improve the knowledge of mechanical drawing, combining has to learn professional knowledge , Reasonable selective assembly tolerance allowance involves extensive professional knowledge, to improve their professional knowledge application ability is of great significance. On the working conditions of differential motion simulation, motion simulation is to use 3 d modeling after assembly, and use the pin after connected rigid, etc and all kinds of motion pair, such as gear CAM mechanism, etc. Add by design of the servo motor assembly kinematic analysis by comparing the simulation output data with theoretical data, and check the interference, modify unreasonable parts. And carries on the finite element analysis on the operation condition of the drive axle housing, the finite element structure analysis is based on a load of parts 3 d model, the constraints such as case analysis, combined with the finite element theory, we learned about the strength of the parts under the structure analysis module of PRO/E to do checking. And according to the calculation of the stresses on the parts to do the corresponding improvement design .Provides the theoretical foundation for the enterprise production Keywords:planetary gear , axle shaft gear, universal joint pin, exercise simulation, finite element analysis
驱动桥壳设计 驱动桥壳的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面的反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体驱动桥壳应满足如下设计要求： 1）应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力． 2）在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高汽车行驶平顺性． 3）保证足够的离地间隙． 4）结构工艺性好，成本低． 5）保护装于其上的传动部件和防止泥水浸入． 6）拆装，调整，维修方便． 一．驱动桥壳结构方案分析 驱动桥壳大致可分为可分式、整体式 和组合式三种形式。 1．可分式桥壳 可分式桥壳(图5—29)由一个垂直接 合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联 接成一体。每一部分均由一铸造壳体和一 个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳 体用铆钉连接。 这种桥壳结构简单，制造工艺性好，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修很不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。 2．整体式桥壳
整体式桥壳(图5—30) 的特点是整个桥壳是一根空 心梁，桥壳和主减速器壳为两 体。它具有强度和刚度较大， 主减速器拆装、调整方便等优 点。 按制造工艺不同，整体式 桥壳可分为铸造式(图5— 30a)、钢板冲压焊接式(图5 —30b)和扩张成形式三种。铸 造式桥壳的强度和刚度较大， 但质量大，加：上面多，制造 工艺复杂，主要用于中、·重型货车上。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车及部分重型货车上。 3)组合式桥壳 组合式桥壳(图5—31)是将主 减速器壳与部分桥壳铸为一体，而 后用无缝钢管分别压入壳体两端， 两者间用塞焊或销钉固定。它的优 点是从动齿轮轴承的支承刚度较 好，主减速器的装配、调整比可分 式桥壳方便，然而要求有较高的加 工精度，常用于轿车、轻型货车中。 二．驱动桥壳强度计算
摘要 中型货车在汽车行业中应用较广泛，而半轴与桥壳是中型货车重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量，并将载荷传给车轮。其设计的成功与否决定着车辆的动力性、平顺性、经济性等多方面的设计要求。因此，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，合理地设计驱动桥壳也是提高汽车平顺性的重要措施。 本文以有限元静态分析理论为基础，将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用主要完成了以下设计内容： （1）驱动桥的总体方案确定和半轴的设计校核； （2）驱动桥的设计和多工况校核； （3）桥壳模型的简化和Pro/E建模； （4）运用ANSYS软件对桥壳进行多工况分析，验证设计的合理性。 将CAD软件Pro/E和ANSYS结合运用，完成了从驱动桥壳和半轴三维建模到有限元分析的整个过程，并对其进行了强度和刚度的校核。 关键词：ANSYS；驱动桥壳；半轴；静力分析；强度；刚度
ABSTRACT Designed to determine the success of vehicle dynamics, ride comfort, economy and other aspects of the design requirements. Therefore, the drive axle housing should have sufficient strength, stiffness and good dynamic characteristics, the rational design of drive axle to improve vehicle ride comfort is also an important measure. In this paper, the finite element static analysis based on the theory, ANSYS and the CAD software Pro/E combined use of the design was completed for the following elements: (1) the overall scheme for the drive axle and axle design verification; (2) drive axle design and multi-condition check; (3) shell model bridge model simplification and Pro/E; (4) the use of ANSYS software, multi-axle condition analysis, verify the design is reasonable. Pro/E CAD software and ANSYS will be combined with the use of complete three-dimensional modeling from the drive axle to the finite element analysis of the entire process, and gain checking the strength and stiffness. Key words: ANSYS; Drive axle housing; Static analysis; Strength; Stiffness