重型货车驱动桥桥壳有限元分析及轻量化研究

论文摘要

驱动桥作为载货汽车的主要承载件，支撑着汽车的全部载重，还将其载荷传递至车轮，是主要的传力件。驱动桥桥壳的结构性能直接影响着整车性能及使用寿命。因此，驱动桥桥壳应该具有足够的刚度和强度。有限元法的产生和发展推动了计算机辅助设计的技术水平。通过有限元法对驱动桥桥壳的结构进行有限元静力分析和动力分析，在设计过程中考虑结构的优化，对减轻桥壳重量，提高整车的各种性能，降低制造成本等都具有十分重要的意义。本文首先结合三维建模理论和使用条件对某重型货车驱动桥桥壳的结构进行一定程度上的简化处理，用建模软件建立驱动桥桥壳三维模型，然后将模型导入有限元分析软件中，进行有限元模型的建立。在满载弯曲工况、满载最大牵引力工况、紧急制动工况和紧急转弯工况下求解出驱动桥桥壳变形结果和应力分布，得到最大位移变形值为2.259mm，每米轮距变化量为1.215mm/m，最大应力值为312.6Mpa，小于国家规定的轮距变化量1.5mm/m和材料的屈服强度343Mpa。求解自由约束状态下的前十二阶固有频率和模态振型，固有频率值在76.995-532.131Hz之间。通过上述计算结果，结合桥壳发动机怠速频率和其它激励频率，证实该桥壳满足设计要求，具有行驶可靠性，不会引起共振现象。以路面不平度为激励源，进行桥壳瞬态响应分析，桥壳在受到连续冲击载荷时，变化平缓，各部位所产生的变形量和应力值与满载弯曲工况下的受力形式相似，没有出现变形值和应力值突变的情况，具有良好的动态特性。根据疲劳强度分析理论，对驱动桥桥壳疲劳强度进行计算，得出该桥壳在50%存活率和99.9%存活率下的疲劳寿命均符合国家标准要求，可进行轻量化设计。最后应用有限元软件的优化设计模块对其进行优化。经过计算，桥壳总重量由135.248Kg减少到117.39Kg，减少了13%，最大应力与许用应力更接近，具有较好的实际工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状与水平
• 1.2.1 汽车轻量化技术研究现状
• 1.2.2 国内外驱动桥桥壳轻量化研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文技术路线
• 第二章 驱动桥桥壳模型的建立
• 2.1 驱动桥桥壳三维模型的建立
• 2.1.1 模型的简化
• 2.1.2 驱动桥桥壳三维模型的建立
• 2.2 驱动桥桥壳有限元模型的建立
• 2.2.1 有限元法的基本理论
• 2.2.2 有限元分析的内容
• 2.2.3 ANSYS软件应用
• 2.2.4 驱动桥桥壳有限元模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 驱动桥桥壳的静力学分析
• 3.1 各工况载荷的计算
• 3.2 各工况下驱动桥桥壳的静力分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 驱动桥桥壳的动力学分析
• 4.1 驱动桥桥壳的模态分析
• 4.1.1 ANSYS中的模态分析方法
• 4.1.2 驱动桥桥壳的模态分析
• 4.2 驱动桥桥壳的瞬态动力学分析
• 4.2.1 瞬态动力学分析理论
• 4.2.2 驱动桥桥壳瞬态响应分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 驱动桥桥壳的疲劳寿命分析
• 5.1 疲劳寿命分析理论
• 5.1.1 影响疲劳特性的主要因素
• 5.1.2 材料的 S-N 曲线
• 5.2 ANSYS 的驱动桥桥壳疲劳寿命分析
• 5.3 驱动桥桥壳的疲劳计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 驱动桥桥壳轻量化研究
• 6.1 ANSYS 优化设计的理论基础
• 6.1.1 优化设计的相关术语
• 6.1.2 优化设计的原理
• 6.2 驱动桥桥壳结构的优化设计
• 6.2.1 驱动桥桥壳优化分析文件的生成
• 6.2.2 驱动桥桥壳优化处理过程
• 6.2.3 驱动桥桥壳优化结果
• 6.3 优化前后静力分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢