汽车驱动桥桥壳结构强度与模态的有限元法分析

摘要

作为汽车的主要承载件和传力件，驱动桥桥壳支撑着汽车的荷重，并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力和侧向力，也是经过桥壳传到悬挂及车架或者车厢上。根据经验和理论研究，引起桥壳破坏的主要原因是作用在桥壳上的、由路面不平度引起的冲击力和各种复杂工况下的作用力。 由于汽车的行驶工况比较复杂，驱动桥桥壳的强度和动态性能直接影响汽车运行安全，合理地设计桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施之一。因此，必须对桥壳强度、刚度和动态特性进行力学分析。 本文以有限元法静、动态分析理论为基础，使用有限元软件MSC.Patran/Nastran，对某中型货车的驱动桥壳进行力学性能分析。完成了从三维几何建模到有限元分析的整个过程，得出桥壳在最大铅垂力工况、最大牵引力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况四种典型工况下的应力分布和变形结果以及在自由状态下的前12阶固有频率和振型。 对某样车后桥壳的有限元分析结果显示，桥壳内的最大Mises应力小于许用应力值，该桥壳满足强度要求；桥壳的每米轮距最大变形量小于国标规定的1.5mm/m，满足刚度要求；计算得到的最低阶固有频率远大于路面激励频率，路面行驶不会引起桥壳共振。计算结果表明，在汽车各种行驶条件下该桥壳是安全可靠。 针对桥壳的应力分布和变形特点，建议该桥壳适当地减小局部尺寸，以提高材料的利用率，达到轻量化要求。

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3国内外研究现状

1.4选题的目的和意义

1.5课题的来源和主要研究内容

第二章有限元法理论及其在汽车设计中的应用

2.1有限元法的概述

2.1.1有限元法发展概况

2.1.2有限元法的解题步骤

2.1.3有限元分析软件

2.1.4有限元分析软件MSC.Nastran/MSC.Patran的简介

2.2有限元法在汽车设计中的应用

2.2.1有限元法的应用

2.2.2有限元分析在驱动桥设计中的应用

第三章汽车驱动桥的相关介绍与桥壳的受力分析

3.1汽车驱动桥的相关介绍

3.1.1汽车车桥简介

3.1.2驱动桥的功用及各组成部分的功用简介

3.1.3驱动桥桥壳的结构型式

3.1.4驱动桥桥壳的设计要求

3.2桥壳的受力分析

3.2.1桥壳的静弯曲应力计算

3.2.2在不平路面冲击载荷作用下的桥壳受力分析

3.2.3汽车以最大牵引力行驶时的桥壳受力分析

3.2.4汽车紧急制动时的桥壳受力分析

3.2.5汽车受最大侧向力时的桥壳受力分析

第四章驱动桥桥壳模型的建立

4.1对计算模型的要求

4.2桥壳结构几何模型的建立

4.2.1桥壳模型的假设与简化原则

4.2.2几何建模的技巧与模型的简化方法

4.3桥壳结构有限元模型的建立

4.3.1有限元模型网格划分的基本原则

4.3.2桥壳结构模型的网格划分

4.3.3定义桥壳单元材料属性

第五章基于三维模型的桥壳结构模态分析

5.1模态分析的作用

5.2模态提取原理

5.3模态分析方法

5.4模态分析计算与结果

5.5本章小结

第六章基于三维模型的桥壳结构静力分析

6.1最大铅垂力工况计算

6.1.1载荷和约束处理方法1及其计算结果

6.1.2载荷和约束处理方法2及其计算结果

6.1.3载荷和约束处理方法3及其计算结果

6.2最大牵引力工况计算

6.3最大制动力工况计算

6.4最大侧向力工况计算

6.5本章小结

第七章全文总结

参考文献