汽车驱动桥壳有限元分析论文

洛阳理工学院毕业设计（论文）

汽车桥壳的有限元分析

摘 要

随着汽车工业的高速发展，对汽车性能的要求越来越高，这使得传统的驱动桥桥壳的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的需要。电子计算机的出现以及有限元的飞速发展为驱动桥壳的结构性能的计算分析带来了新的革命。

由于驱动桥桥壳是汽车重要的承载件和传力件，桥壳的性能和疲劳寿命直接影响着汽车的有效使用寿命。因此，驱动桥壳应有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。合理设计驱动桥壳也是提高汽车安全性和舒适性的重要措施。

论文利用Pro/E建模软件建立高顶单胎14A-B型汽车驱动桥壳的3D模型，采用最新的ANSYS协同仿真有限元平台，按国家驱动桥壳台架试验的标准，在计算机中对5.0mm、6.0mm、6.5mm三种厚度驱动桥壳进行有限元分析，其中包括垂直弯曲刚度和静强度的分析。有限元分析结果表明，5.0mm厚桥壳的垂直静强度不符合规范要求，6.0mm、6.5mm厚的两种桥壳满足规范要求。最后，结合工程实例做了桥壳的失效分析，找出桥壳失效的原因是垂直静强度不够、某些装配部位应力过大。并提出相应的改进意见，以供参考。

关键词：驱动桥桥壳，ANSYS，垂直弯曲刚度，静强度，失效分析

I

洛阳理

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

武汉理工大学教师备课专用纸

有限元分析基础 第一章 有限元法概述

在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。否则力学分析将无法进行。但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。所以过去设计经验和类比占有较大比重。因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。

近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。使计算精度和计算领域大大改善。

§1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来

一，历史

有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想

有限元分析过程可以分为以下三个阶段：

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，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。

注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的

概括为三种情况

8 F, yP. q# F1）单元损伤失效，这种单元失效可以用来模拟材料由于损伤，或其他原因导致刚度减小的情况。 2）单元直接删除技术，这种技术可以用来模拟基坑，隧道开挖而导致的材料消失情况。

8 f) P% B ?7 ^/ V$ x6 i# w6 u

3）vumat，这种方法本质上讲与第一种相类似，但是它可以根据用户自己的情况来删除单元，但是属于很高级的操作，难度也较大

6 C/ y$ K( y7 _5 y, I0 [1 g

0 h/ X5 | a. E* t, \\7 H2 h\当然，cohesive也可以算作一种单元删除的方法，只是本身很少做断裂模拟，对于那方面不是很了解。在这三种方法中，我想讲一讲前两种情况。1首先来讲一下第二种方法。这种方法很简单

, Q' k4 r' ]\& x; F2 @. O7 S p+ {6 F\2 d. U7 `0 L! h9 M+ B

* V- X( r2 [ n; L: v: L他的使用方法就是在edit keyword中加一行关键字*MODEL CHANGE, TYPE=ELEMENT, REMOVE Set-1

Set-1为所定义的单元集合，这一集合需要事先定义，而这一关键字的位置

洛阳理工学院毕业设计（论文）

洛 阳 理 工 学 院

毕 业 设 计（论 文）

题目 翻盖手机跌落的失效分析

姓 名 刘德磊 系 （部） 机电工程系

专 业 计算机辅助设计与制造 指导教师 赵秀婷

年 月 日

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

手机盖结构抗跌落设计方法的研究

摘 要

跌落冲击是普遍存在的接触动力学问题，来源于工程设计中常见的固体物品掉落的动力接触现象，具有很强的非线性特征。对这类跌落现象进行分析，一般将跌落问题采用有限元方法，并结合实际的跌落试验数据验证，从而进一步完善有限元模拟的精度，是解决复杂结构的跌落仿真问题的有效的手段，对跌落冲击的数值仿真技术的研究具有十分重要的理论和工程意义。

本文以接触动力学为基础，采用有限元数值模拟技术，较系统地研究了手机盖结构跌落过程中接触和碰撞问题的一般分析方法和求解过程，为非线性有限元仿真分析奠定了坚实的基础。本文将接触动力学的基本方程和有限元建模方法相结合，提出了复杂结构在跌落冲击载荷作用下的数值模拟方法。以手机为载体，手机透明盖为研究对象，在原手机跌落试验发现失效的基础上，详细比较了手机盖结构改善前后

1. 分析过程

1.1. 理论分析

1.2. 简化过程

如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。 A. 法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；

B. 经计算，M24×3的螺纹的升角很小，在 度，因此可以假设螺旋升角为0； C. 忽略螺栓和螺母的圆角等细节；

1.3. Abaqus中建模

查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如图 1-1所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图 1-2所示。

1 / 12

图 1-1

图 1-2

建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create，创建一个名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa，设置其泊松比为0.3，如图 1-4所示。

建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各

有限元

课 程 论 文

(2015-2016学年第一学期)

有限元理论在软件中的应用与刚度矩阵的求解

学生：张贺

有限元

有限元分析案例：打点喷枪模组（用于手机平板电脑等电子元件粘接），该产品主要是使用压缩空气推动模组内的

顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出（喷嘴尺寸￠0.007”）。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是：AISI 4140 最高工作频率是160HZ（一个周期中3ms开3ms关），压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上， 用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。

1. 零件外形设计图：

2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建：

3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185， 由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是 长度：mm 压强：Mpa 密度：Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性：杨氏模量 2.1E5； 泊松比：0.29； 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果：

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有限元

5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷：

说明： 约束在

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螺纹加工的有限元分析

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（ee）

指导教师：ee

[摘要]传统的螺纹加工方法不仅加工效率低，而且切断了金属材料的纤维流向，严重降低了内螺纹的质量，难

以满足生产中对螺纹连接件高精度、高强度的要求,而冷挤压成形是一种无屑加工方法，大大提高了螺纹的抗拉强度和抗疲劳性能。本文利用DEFORM软件对螺纹加工过程进行了仿真分析，实现了一般挤压攻丝过程和振动挤压攻丝过程的有效模拟。在一般攻丝过程中，分析了挤压速度对螺纹加工中丝锥所受应力，应变以及扭矩的影响，底孔直径对螺纹加工过程中应力应变以及扭矩的影响。并且完成了轴向振动攻丝与一般挤压攻丝的比较，发现振动攻丝过程中丝锥所受扭矩、应力、温度明显减小。

[关键词]: 内螺纹 冷挤压 挤压丝锥 振动攻丝 有限元分析

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Finite Element Analysis of Thread Processing

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Tutor：ee

[Abstract] The traditional thread processing method is not only low the processing efficiency, and cut of