基于变截面驱动桥桥壳的静强度和动应力分析

论文摘要

驱动桥桥壳是汽车的主要传力件和承载件,不仅支撑汽车的载重,将载荷传给车轮,还承受由驱动车轮传递过来的牵引力、制动力、侧向力、垂向力的反力以及反力矩。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,对桥壳强度、刚度和动态特性分析具有重要意义。目前,国内外对桥壳的研究分析主要是基于等截面,对变截面桥壳的设计分析及研究还相当匮乏。虽然变截面结构设计已经应用到铸造桥壳,但是在冲焊桥壳上还是一片空白,本文在对等截面桥壳分析计算的基础上,对变截面展开了设计及分析,为以后在变截面桥壳方面的研究提供了一定的理论依据。对于等截面驱动桥桥壳来说,它的局部区域受力不平滑,会产生应力集中现象。针对这种现象,首次提出了冲焊桥壳的变截面设计结构,这种变截面结构设计已经应用在铸造桥壳中,初步解决了桥壳应力分布不合理的状况,变截面桥壳具有良好的刚度、强度和动态特性。本文主要完成以下工作:1.通过三维软件PRO/E建立某车型等截面驱动桥桥壳的实体模型,简化了原有桥壳的某些细节特征,以提高有限元前后处理和求解的效率,然后将桥壳实体模型导入到ANSYS Workbench中,建立有限元模型。2.对桥壳进行静强度分析,得到桥壳在五种典型工况下的等效应力和变形;根据等截面桥壳分析结果,对桥壳进行结构优化,提出变截面桥壳,并进行了有限元分析;将等截面及变截面桥壳的分析结果进行对比,结果显示变截面桥壳的强度及刚度较等截面桥壳都有显著的改善。3.分析桥壳自身的振动情况,确定是否存在不利于车辆运行的振动形式,避免共振等不利现象出现。对桥壳进行模态分析,得到桥壳约束状态下的前六阶固有频率和振型,研究桥壳结构与共振特性的关系,为焊接桥壳的改进设计提供了一定的参考依据,同时为进一步深入研究桥壳的振动机理和振动抑制技术提供了理论依据。4对变截面桥壳进行瞬态动力学分析,得出桥壳在某线路随机载荷作用下,位移与动应力的响应值,得到了桥壳在某一时刻的应力分布及变化规律。5根据桥壳的动应力分析结果,利用有限元法,对桥壳进行疲劳寿命分析,得到桥壳整体的疲劳寿命分布,其危险部位主要分布于桥壳壳体过渡圆弧区域,与台架试验结果基本一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 驱动桥桥壳概述
• 1.3 驱动桥桥壳的研究背景
• 1.4 驱动桥桥壳的国内外研究现状
• 1.5 选题的目的和意义
• 1.6 课题研究的主要内容
• 2 变截面驱动桥桥壳的有限元分析
• 2.1 驱动桥桥壳静力学分析的有限元方法
• 2.1.1 有限元分析方法
• 2.1.2 有限元软件ANSYS Workbench 介绍
• 2.2 驱动桥桥壳强度的有限元分析
• 2.2.1 定义驱动桥桥壳的载荷和约束条件
• 2.2.2 等截面驱动桥桥壳有限元分析
• 2.2.3 变截面桥壳的静强度分析
• 2.3 本章小结
• 3 变截面驱动桥桥壳的模态分析
• 3.1 驱动桥壳振动的基本理论
• 3.2 驱动桥桥壳的单自由度系统振动研究
• 3.2.1 单自由度系统自由振动
• 3.2.2 单自由系统的共振响应
• 3.3 驱动桥桥壳多自由度系统振动
• 3.3.1 多自由度系统的无阻尼自由振动
• 3.3.2 求解多自由度系统的有限元法
• 3.4 变截面驱动桥桥壳的模态分析
• 3.4.1 模态分析
• 3.4.2 模态分析计算
• 3.5 本章小结
• 4 驱动桥桥壳的瞬态动力学分析
• 4.1 驱动桥桥壳瞬态动力学方程的建立
• 4.2 变截面驱动桥桥壳瞬态分析的有限元法
• 4.2.1 Reduced 法
• 4.2.2 Full 法
• 4.2.3 Mode Superposition 法
• 4.3 变截面驱动桥桥壳的瞬态响应分析
• 4.4 本章小结
• 5 桥壳的疲劳寿命分析
• 5.1 疲劳定义及其分类
• 5.1.1 疲劳的定义
• 5.1.2 疲劳的分类
• 5.2 疲劳设计方法
• 5.3 驱动桥桥壳材料的S-N 曲线
• 5.4 疲劳累计损伤
• 5.4.1 线性累积损伤理论及其应用
• 5.4.2 修正线性累积损伤理论
• 5.4.3 有限元法的驱动桥桥壳疲劳计算
• 5.5 影响驱动桥桥壳壳疲劳的因素分析
• 5.6 提高驱动桥桥壳疲劳强度的措施
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录