2007Altair大中国区用户技术大会论文集
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断开式驱动桥有限元研究
王希诚
东风汽车公司技术中心
2007Altair大中国区用户技术大会论文集
2
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。
II摘要
近年来，频响函数（FrequencyResponseFunction，简称FRF）驱动的有限元
模型修正方法得到了广泛的关注，然而现有的研究大多局限于确定性范畴，无法
考虑多源不确定性因素的影响，致使其适用范围受到限制，鲁棒性受到影响。本
文在国家自然科学基金面上项目“频响函数概率模型驱动的结构系统识别不确定
性量化与传播机理研究”（编号:51778203）等课题的资助下，对基于频响函数的结
构有限元模型修正的不确定性量化方法进行了研究。论文基于频率响应函数的概
率模型，提出了频响函数驱动的结构有限元模型修正贝叶斯方法，并采用渐进马
尔科夫蒙特卡洛算法（TMCMC）进行求解待修正参数的最优解及后验概率密度函
数。针对贝叶斯模型修正求解过程中存在计算耗费大和收敛困难等问题，本文融
合了向量化运算和并行计算的思路，提出了快速数值算法，有效地提高了计算效
率。论文的主要研究工作和结论包括：
1.基于频率响应函数的解析概率模型，将含有待修正参数的频响函数理论模型与
实测频响函数值之间建立统计关系，形成了结构待修正参数的极大似然函数。
利用待修正参数的先验分布和极大似然函数，基于贝叶斯系统识别的框架，推
导出了贝叶斯模型修正的目标函数。该目标函数将随机模型修正问题转化为一
个优化问题，采用TMCMC抽样算法优化该目标函数，可以得到各修正参数
的最优值并量化参数的不确定性。
2.采用TMCMC抽样方法进行数值求解需要反复调用目标函数，而目标函数的
每一次运算皆需要循环计算不同频率点和不同测试自由度对应的似然函数，构
成了多重嵌套循环，导致计算量随着选取频带内数据点数和测试自由度数的增
加呈现爆炸式增长。为了解决目标函数嵌套循环带来的计算瓶颈，本文引入了
向量化运算的手段，推导出了目标函数的向量化解析表达式，避免了计算过程
的循环操作，减少了反复调用目标函数带来的巨大计算耗费。
3.采用TMCMC进行数值求解的另外一个问题是随机抽样阶段和抽样数目过大
Parametric
Structure
Analysis
of
Full-wrapped
Composite
Cylinder
Based
on
ANSYS
LI
Peng
,
SHENG
Zhou-hong
,
WU
Yao-chu
(Wuhan
University
of
technology,
Hubei
Wuhan
430070,
China)
Abstra
ct
：
Composite
cylinders
have
substituded
for
steeliness
cylinders
and
are
widely
applied.
This
paper
introduced
the
ANSYS
parametric
design
process
of
the
full-wrapped
composite
cylinder.
Finite
element
modeling
and
analysis
program
of
the
cylinder
and
its
aluminum
core
were
edited
by
APDL
that
was
supplied
by
ANSYS
software.
And
then
designed
the
friendly
GUI
that
recured
to
VC++.
The
design
and
analysis
of
series
products
were
accomplished
by
modifying
the
relevant
design
parameters
of
the
composite
cylinder
in
the
dialog
boxes.
So
the
special
purpose
software
of
finite
element
analysis
was
achieved
for
the
full-wrapped
composite
cylinder.
Key
wor
ds
：
full-wrapped
composite
cylinder
；
finite
element
analysis
；
parametric
；
ANSYS
Parametric
Design
Language
EngineeringStructures32(2010)2804–2813
ContentslistsavailableatScienceDirect
EngineeringStructures
journalhomepage:/locate/engstruct
Finiteelementmodelingofprestressedconcretespandrelbeams
BulentMercan,ArturoE.Schultz∗,HenrykK.Stolarski
DepartmentofCivilEngineering,UniversityofMinnesota,500PillsburyDr.SE,Minneapolis,MN55455,USA
articleinfo
Articlehistory:Received30October2008Receivedinrevisedform31January2010Accepted30April2010Availableonline20June2010
Keywords:SpandrelbeamPrestressedconcreteFiniteelementABAQUSFractureenergyTensionstiffeningDilationabstract
Nonlinearthree-dimensionalfiniteelementmodelingofprecast,prestressedconcretespandrelbeamsisachallengingtaskandrequiresexplorationoftheeffectsofmaterialparametersandmodelingassumptions.Tothisend,thenumericalresultsobtainedusingthecommercialsoftwareABAQUS/Standardwerecomparedwithexistingexperimentaldata.Thesensitivityofthespandrelbeamresponsetovariousparameterssuchasfiniteelementtype,dilationangle,fractureenergy,tensionstiffening,bearingstressdistributionandsupportrepresentationwasinvestigated.Thebehaviorofprecast,prestressedconcretespandrelsunderverticalloadingwasfoundtobesensitivetothetypeofelement,thedilationanglefortheconcrete,bearingstressdistributionatthesupports,anddeck-tiestiffness.Manyofthefindingsreportedarebelievedtobeapplicabletoothertypesofreinforcedconcretestructures.©2010ElsevierLtd.Allrightsreserved.
