汽车驱动桥桥壳有限元分析

摘要

随着汽车工业的高速发展，对汽车的性能要求越来越高，这使得传统的驱动桥桥壳设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。电子计算机的出现以及有限元法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的重要承载件和传力件，桥壳的性能和疲劳寿命直接影响汽车的有效使用寿命，因此，驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的疲劳耐久特性。合理地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Solidworks工业建模软件建立高顶单胎14A-B型汽车驱动桥壳3D模型。采用最新的ANSYS Workbench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三种厚度驱动桥桥壳进行有限元分析，其中包括了静力分析、疲劳分析和模态分析。有限元静力分析结果表明，5.0mm厚桥壳垂直静强度和疲劳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。再对该型桥壳进行了约束模态分析，发现该系列桥壳固有频率都大于50Hz，不会和路面激振发生共振。最后，结合工程实例做了桥壳的失效分析，从多个方面入手综合分析，全面整合各种模拟仿真的结果基础上找出桥壳疲劳失效的根本原因是焊缝质量不合格导致疲劳断裂。并通过尝试性的模拟计算，发现延长千斤顶支座能够有效的提高14A-B型桥壳的疲劳寿命。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1汽车驱动桥桥壳的分类和结构特征概述

1.2国内外汽车驱动桥桥壳CAE分析的研究和发展

1.2.1国外CAE分析和设计的发展过程、趋势和应用现状

1.2.2国内汽车驱动桥桥壳CAE分析的发展和研究现状

1.3本课题的工程背景及研究意义

1.4本文的主要研究内容和技术路线

1.4.1本文的主要研究内容

1.4.2技术路线流程图

1.5小结

第二章有限元基本方法和桥壳有限元模型

2.1有限元基本方法及其计算工具简介

2.1.1有限元方法及其理论

2.1.2 ANSYS系列通用有限元软件介绍

2.2 14A-B型驱动桥桥壳的实体模型和有限元模型

2.2.1桥壳实体模型的建立和组成

2.2.2有限元模型、网格划分和单元介绍

2.2.3驱动桥桥壳模型材料介绍

2.3小结

第三章驱动桥的受力特征及结构静力强度分析

3.1汽车驱动桥桥台实验

3.1.1驱动桥桥壳垂直弯曲刚度和垂直弯曲静强度试验简介

3.1.2垂直弯曲刚度和垂直弯曲静强度试验评估指标

3.2桥壳受力特征

3.2.1约束情况

3.2.2荷载施加方式

3.2.3不同厚度桥壳模拟结果对比

3.3小结

第四章疲劳分析

4.1疲劳的定义和相关术语

4.2疲劳强度的重要性

4.2.1桥壳疲劳寿命设计简介

4.3驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验简介

4.3.1垂直弯曲疲劳试验评估指标

4.4疲劳寿命S-N曲线的确定

4.4.1对称循环下的材料S-N曲线的确定方法

4.4.2修正后的S-N曲线

4.5 ANSYS Workbench fatigue中的平均应力纠错方法

4.6约束边界条件

4.7对称循环下疲劳实验

4.7.1对称循环下的荷载谱

4.7.2对称循环下的不同厚度的桥壳模拟结果与对比分析

4.8变幅应力下的随机疲劳

4.8.1变幅应力下的随机疲劳计数方法

4.8.2变幅应力下的随机疲劳的荷载谱

4.8.3变幅应力下的5mm桥壳模拟结果

4.8.4雨流矩阵图和损坏矩阵图

4.9小结

第五章模态分析

5.1驱动桥模态分析意义

5.1.1 ANSYS模态分析的方法

5.2模态分析结果

5.2.1厚度为5mm的桥壳模态分析结果

5.2.2三种厚度的桥壳模态结果对比分析

5.3 小结

第六章台架试验中桥壳断裂的失效分析及改进意见

6.1失效分析的目的

6.2桥壳断裂失效分析和初步认定断裂原因

6.2.1失效分析的一般处理过程

6.2.2后桥断裂的初步分析

6.3分析验证断裂机理

6.4提出临时解决措施，改进桥壳

6.4.1通过调整焊缝半径大小调节应力集中部位

6.4.2通过改变千斤顶支座来调节应力集中部位

6.5小结

第七章结论

7.1结论

7.2本课题创新之处

7.3展望

致谢

参考文献

附：作者在攻读学位期间的研究成果