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基于catia与ansys的汽车驱动桥壳有限元分析汽车驱动桥壳是汽车传动系统中不可或缺的部件，是汽车传动系统性能和可靠性的关键指标。
因此，对于汽车驱动桥壳的强度、刚度及疲劳性能的精确分析和预测具有重要意义。
近年来，有限元分析技术在汽车驱动桥壳分析领域得到广泛应用，可以有效获取整个汽车驱动桥壳的力学特性，为企业的产品质量提供有力支持。
本文基于Catia与Ansys有限元软件，采用节点法建立了汽车驱动桥壳模型，然后分析了汽车驱动桥壳的材料特性和结构特性。
首先，利用热处理工艺处理汽车驱动桥壳的材料，然后采用Catia 软件建立汽车驱动桥壳的有限元模型，并将材料参数和结构参数以及节点位置等信息导入模型，进而利用Ansys有限元分析软件对汽车驱动桥壳的力学特性进行分析。
在节点法的有限元有限元模型建立上，利用柔性节点、支座节点和悬臂梁元素，能够精确反映汽车驱动桥壳模型，解决汽车驱动桥壳实体模型中存在的几何复杂度和渐近问题。
有限元分析中，施加静载荷和动载荷分析，并利用应力平均值计算汽车驱动桥壳的材料强度指标，同时利用许用应力与应力最大值的比值判断汽车驱动桥壳的有效性。
为了更准确地提高汽车驱动桥壳的精度，本文采用KG分类结构网格方法，实现了粗模型与细模型的转换，即能够精确模拟实体模型中存在的几何非线性和材料非线性，从而得到准确无误的汽车驱动桥壳分析结果。
分析结果表明，汽车驱动桥壳模型的强度和刚度满足了汽车传动系统的要求，疲劳性能达到国家规定的明确要求，从而证明了本文提出的有限元分析方法是有效的、可行的。
本文以Catia与Ansys有限元软件建立汽车驱动桥壳有限元模型，并利用精细结构网格及求解器分析了汽车驱动桥壳的强度、刚度及疲劳性能，得出了较为准确的力学特性结果。
因此，本文提出的基于Catia与Ansys有限元分析技术具有较好的实用性，可以为汽车驱动桥壳相关产品的质量提供可靠的研究支持。
在未来的应用中，可以进一步改进有限元分析软件的计算精度，以满足不断提高的产品强度要求，并利用多因素及多组分的设计方法，研究设计新型汽车驱动桥壳的结构和性能。
第一章 绪论 作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，驱动桥壳是汽车的主要承载件和传力件，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上的[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，提高汽车行驶平顺性和舒适性。
１．１ 汽车设计中应用的有限元法 １．１．１ 有限元法在汽车设计中应用的意义 随着计算机技术的发展而发展起来的有限元法，是一种分析计算复杂结构极为有效的数值计算方法。
它先将连续的分析对象划分为由有限个单元组成的离散组合体，运用力学知识分析每个单元的力学特性，再组集各个单元特性，形成一个整体结构的控制方程组，通过计算，得到整体结构的位移场和应力场等结果。
有限元法的整个计算过程十分规范，主要步骤都可以通过计算机来完成，是一种十分有效的分析方法。
有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状、结构、受力和约束，因此，其计算结果更精确，也更接近实际，可以作为设计、改进零部件的依据。
同时，可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较，有利于设计方案的优化和产品的改进。
有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统的经验设计方法，因而逐步得到了应用。
把有限元法运用在汽车设计中，对企业提高产品质量、缩短开发周期、降低成本具有积极的作用。
根据德国汽车工业所做的研究，假设一个汽车设计存在一个严重的缺陷，为改正这个设计缺陷，可以用下面的结果来说明[2]：（1）如果这个缺陷在概念设计阶段被发现，则改正这个缺陷的费用是1个单位；（2）如果这个缺陷在详细设计阶段被发现，则改正这个缺陷的费用将是10个单位；（3）如果是在建造模型样机的时候出现了问题，则改正这个缺陷的费用1将是100个单位；（4）如果缺陷是在生产过程中被发现，则改正这个缺陷的费用将提高到1000个单位。
·制造业信息化·收稿日期：2010－09－25基金项目：南京工程学院科研基金项目（KXJ07020）作者简介：文少波（1971-），男，湖北天门人，讲师，硕士研究生。
主要从事汽车技术方面的教学和科研工作。
0引言作为汽车的主要承载件和传力件，驱动桥壳支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
同时，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和侧向力，也经过桥壳传到悬挂、车架或车厢上[1]。
因此合理地设计驱动桥壳，使其具有足够的强度和刚度具有重要意义。
传统的驱动桥壳设计，在进行理论计算时，将其看成简支梁并校核特定断面的最大应力值[2]，由于驱动桥壳结构较为复杂，不可避免产生较大的误差，不能真实表达其实际应力大小及分布，采用有限元设计方法能有效地解决此问题。
通过有限元分析，建立桥壳的物理和数学模型，对所设计的产品进行模拟，找出可能出现的问题，可极大地减少资源投入、缩短工作周期，而且可保证较高的准确性和与实际情况十分理想的吻合程度。
ANSYS 是一种通用工程有限元分析软件，现在已经广泛应用于航空航天、机械、电子、汽车、土木工程等各种领域[3]。
主要包括前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块用于建模及网格划分；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析等模块，可模拟多种物理介质的相互作用；后处理模块可将计算结果以各种形式显示出来。
当前CAD ／CAE 软件的专业化分工程度越来越高。
虽然ANSYS 软件具有强大的网格划分、加载求解和后处理功能，但它的几何建模功能相对较弱。
如果采用ANSYS 软件对驱动桥壳进行实体建模，将是一个极其烦琐的过程。
因此本文选用主流三维CAD 软件Unigraphics （以下简称UG ），利用UG CAD 模块的强大实体造型功能进行实体建模，然后导入ANSYS 中进行有限元分析。
1驱动桥壳结构受力分析1.1货车主要参数本文分析的驱动桥壳所属货车主要参数见表1所示。
毕业设计（论文）汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析JIU JIANG UNIVERSITY毕业论文题目汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院系机械与材料工程学院专业车辆工程姓名班级指导教师摘要本篇毕业设计(论文)题目是《汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析》。
作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷,而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等,并经过悬架系统传递给车架和车身。
因此,驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。
本课题以重型货车驱动桥壳为对象,详细论述了从UG软件中的参数化建模,到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。
并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析,直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。
从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下,为桥壳设计提出可行的措施和建议。
【关键词】有限元法,UG,ANSYS ,驱动桥壳,静力分析,模态分析AbstractThis graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage.The article studies based on heavy truck driver axle ,discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree---dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys.【Key words】 Finite element method,UG,ANSYS,Drive axlehousing,Static analysis,Modal analysis目录前言 1第一章绪论 21.1 汽车桥壳的分类 21.2 国内外研究现状 31.3 有限元法及其理论 51.4 ansys软件介绍 71.5 研究意义及主要内容 91.6 本章小结 10第二章驱动桥壳几何模型的建立 11 2.1 UG软件介绍 112.2 桥壳几何建模时的简化处理 11 2.3 桥壳几何建模过程 122.4 本章小结 24第三章驱动桥壳静力分析 25 3.1 静力分析概述 253.2 静力分析典型工况 253.3 驱动桥壳有限元模型的建立 27 3.3.1 几何模型导入 273.3.2 材料属性及网格划分 283.4 驱动桥壳各工况静力分析 293.4.1 冲击载荷工况 293.4.2 最大驱动力工况 323.4.3 最大侧向力工况 343.5 本章小结 37第四章驱动桥壳模态分析 384.1 模态分析概述 384.2 模态分析理论 384.3 驱动桥壳模态分析有限元模型的建立 40 4.4 驱动桥壳模态分析求解及结果 41 4.5 驱动桥壳模态分析总结 474.6 本章小结 47结论 48参考文献 50致谢 52前言在桥壳的传统设计中,往往采用类比方法,对已有产品加以改进,然后进行试验、试生产。
第1章绪论驱动桥壳是汽车的主要零件之一，作为主减速器、差速器和半轴的装配基体，它是汽车的主要承载件和传力件，支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。
在实际行使中，作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、横向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上的。
同时，驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。
因此，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，提高汽车行驶平顺性和舒适性。
1.1国内外研究现状过去工程师在对简单机械结构进行分析时，都要进行一系列的简化与假设，再采用材料力学、弹性力学或塑性力学的理论进行分析。
随着工业技术的迅速发展，有越来越多的复杂结构，包括复杂的几何形状、复杂的受力状态等问题需要去分析研究，而在工程实际中，这些复杂的问题往往不能求出它们的解析解。
[1]要解决这些问题通常有两种途径：一是试验法，通过提出一定假设，回避一些难点，对复杂问题进行简化，使之成为能够处理的问题[2]。
然而，由于太多的简化和假设，通常会导致极不准确甚至错误的解答。
因此，另一种行之有效的途径就是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。
而在众多的数值方法中，有限元分析法因其突出的优点而被广泛地应用。
经过半个多世纪的实践，有限元法已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题；从静力问题扩展到动力问题、稳定问题和波动问题；从线性问题扩展到非线性问题；从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等其他连续介质领域；从单一物理场计算扩展到多物理场的耦合计算[4]。
它经历了从低级到高级、从简单到复杂的发展过程，目前已成为工程计算最有效的方法之一。
2001年，重庆大学的褚志刚等学者对某后桥壳进行了静强度分析计算，结果表明该后桥壳静态分析的应力分布合理，在实际破坏区域内的静态应力很小，但分析结果与该车在实际道路试验中的破坏不相吻合。
通过模态分析发现，其前九阶频率与路面谱频率范围重合，模态振型尤以后背盖与上下壳体的焊接处、半轴套管内端直径渐变处、上壳体倒圆处的变形较大；当桥壳和弹簧系统在垂直激励作用下时，即通过动态响应分析法，找出桥壳上的动应力集中区，确认破坏的确切位置，与实际情况相吻合。
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，泊松比为0.23，密度为，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。
摘要作为汽车的主要承载件和传力件，驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷，而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等，并经过悬架系统传递给车架和车身。
因此，驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。
本文以轻型载货汽车驱动桥壳为研究对象，详细论述了从UG软件中的参数化建模，到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。
并且通过对桥壳在四种主要工况下的静力分析和模态分析，直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。
从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下，为桥壳设计提出可行的措施和建议。
AbstractAs the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage.This article studies based on light truck driver axle of QX1060, discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the four main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Keywords：Finite element method，UG，ANSYS Workbench，Drive axle housing，Static analysis，Modal analysis目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................ I I 1 绪论. (1)1.1 课题来源及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 ANSYS软件介绍 (4)1.3.1 概述 (5)1.3.2 ANSYS的主要模块及功能 (5)1.3.3 ANSYS的主要技术特点 (6)1.3.4 ANSYS Workbench简介 (7)1.4 CAD/CAE在汽车设计中的应用 (8)1.5 课题研究内容 (8)2驱动桥壳的CAD建模 (10)2.1 驱动桥壳的结构特点 (10)2.2 UG软件介绍及参数化建模思想 (10)2.2.1 UG软件介绍 (10)2.2.2 UG参数化建模思想和一般模块介绍 (11)2.3 驱动桥壳的建模及简化处理 (14)2.3.1 驱动桥壳三维的建模 (14)2.3.2 驱动桥壳的模型简化处理 (16)3 驱动桥壳静力分析 (18)3.1 静力分析概述 (18)3.2 驱动桥壳静力分析典型工况 (18)3.3 建立驱动桥壳有限元模型 (20)3.3.1 几何模型的导入 (20)3.3.2 生成桥壳有限元模型 (21)3.4 驱动桥壳各工况静力分析 (23)3.4.1 冲击载荷工况 (23)3.4.2 最大驱动力工况 (25)3.4.3 最大制动力工况 (28)3.4.4 最大侧向力工况 (30)4 驱动桥壳的模态分析 (34)4.1 模态分析理论 (34)4.2 建立模态分析有限元模型 (35)4.3 驱动桥壳模态分析 (36)4.3.1 自由模态分析 (37)4.3.2 约束模态分析 (41)4.3.3 模态分析总结 (47)5 课题总结与展望 (48)5.1 课题总结 (48)5.2 研究展望 (49)参考文献 (50)致谢 (52)附录Ι：电子文档清单 (53)1 绪论1.1 课题来源及意义本课题来源于湖北汽车工业学院汽车工程系，是汽车设计与分析计算的子课题之一，是后续专业课程的基础，为轻型载货汽车的驱动桥壳设计提供参考。
