基于CAE的轿车轮毂轴承单元刚性分析及试验研究

论文摘要

CAE（计算机辅助工程）是利用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法，随着其理论及算法的不断成熟和计算机性能水平的不断提高，CAE已经成为各种产品开发不可或缺的工具，节省了大量的开发成本。随着经济的发展，近些年来我国居民生活水平的大幅提高，轿车保有量也随之剧增，人们对轿车的安全性能及舒适性能的要求也越来越高。轮毂轴承是汽车诸多轴承中技术复杂程度相对较高的一种轴承，直接关系到汽车的安全性及舒适性，且随着汽车零部件集成化、小型化和轻量化趋势的发展，轮毂轴承单元将会更为广泛的应用到汽车中，与传统轮毂轴承结构上的差异使得对其刚度要求更加严格，因此对其进行刚度分析与试验就显得尤为重要。本课题是以某企业生产的DAC2F45ABS型号轮毂轴承单元为主要研究对象，主要研究内容如下：（1）根据轮毂轴承单元结构参数，利用三维软件CATIA建立几何模型。（2）分析轮毂轴承单元的载荷特性，利用ABAQUS软件对轮毂轴承单元的简化模型和整体模型进行有限元仿真分析，并从结构方面优化轮毂轴承单元刚性。（3）根据轮毂轴承单元以及力矩刚性试验机的结构参数设计加工试验工装，开展刚性测试试验，得出结果并与有限元计算结果进行对比分析，同时不断修正有限元模型为以后轮毂轴承单元刚性分析提供经验及依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 轿车轮毂轴承单元的发展历史
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 研究目标和内容
• 第二章 CAE 简介及相关理论基础
• 2.1 CAE 技术的发展及趋势
• 2.2 固体力学和结构力学在三维固体问题上的应用
• 2.2.1 应力和应变
• 2.2.2 本构方程
• 2.2.3 动力学平衡方程
• 2.3 哈密尔顿原理
• 2.4 有限元法的步骤
• 2.4.1 域的离散
• 2.4.2 位移差值
• 2.4.3 构造形函数的标准步骤
• 2.4.4 局部坐标系下有限元方程的建立
• 2.4.5 坐标变换
• 2.4.6 整体有限元方程的组装
• 2.4.7 边界条件的施加
• 2.4.8 求解整体有限元方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 轿车轮毂轴承单元有限元模型的建立
• 3.1 ABAQUS 简介
• 3.1.1 ABAQUS/Standard与ABAQUS/Explicit
• 3.1.2 ABAQUS/CAE
• 3.2 网格划分及单元的选择
• 3.2.1 网格划分
• 3.2.2 单元选择
• 3.3 接触设置
• 3.3.1 ABAQUS/Standard中接触设置
• 3.3.2 ABAQUS/Explicit中接触设置
• 3.4 A B AQUS 分析中单位设置
• 3.5 本章小结
• 第四章 轿车轮毂轴承单元刚性有限元分析及其优化方向
• 4.1 轮毂轴承单元受力分析
• 4.2 基于ABAQUS/Standard的轮毂主轴刚性分析
• 4.2.1 有限元分析模型建立
• 4.2.2 材料属性添加与分析步设置
• 4.2.3 定义相互作用
• 4.2.4 定义载荷与边界条件
• 4.2.5 网格划分
• 4.2.6 轮毂主轴刚性分析后处理
• 4.3 基于ABAQUS
• 4.3.1 几何模型的建立
• 4.3.2 定义材料属性、分析步和输出
• 4.3.3 定义相互作用及约束
• 4.3.4 定义载荷与边界条件
• 4.3.5 网格划分
• 4.3.6 轮毂轴承单元刚性分析后处理
• 4.4 轿车轮毂轴承单元整体刚性优化方向
• 4.4.1 等效应力云图分析
• 4.4.2 轴向位移云图
• 4.4.3 整体刚性优化方向
• 4.5 轿车轮毂轴承单元刚性优化模型
• 4.5.1 等效应力云图分析
• 4.5.2 轴线位移云图
• 4.6 本章小结
• 第五章 轿车轮毂轴承单元力矩刚性试验研究分析
• 5.1 轮毂轴承力矩刚性实验机及测量原理
• 5.1.1 力矩刚性试验台用途及结构简述
• 5.1.2 主要技术指标
• 5.1.3 试验测试原理
• 5.2 工装设计及加工
• 5.2.1 连接台盘
• 5.2.2 加载体
• 5.2.3 注意事项
• 5.3 实验结果数据分析处理
• 5.4 有限元仿真与试验结果对比分析
• 5.4.1 轮毂主轴刚性数据对比分析
• 5.4.2 外圈法兰刚性数据对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 致谢
• f附表