開題報告-基于有限元分析的汽車橋殼設計

開題報告二級學院機電工程學院專業車輛工程（汽車設計與制造）班級姓名學號聯系方式題目基于有限元分析的汽車橋殼設計開題申請：一、選題意義與目的當今汽車制造業面臨的主要挑戰是買方市場的形成和產品更新換代的速度日益加快。汽車產品開發的一個重要手段就是變型設計,即以現有產品為基礎,保持其基本結構和功能不變,對其局部結構、尺寸或配置進行一定范圍內的變動和調整,以此快速形成適應市場需求的新產品。為保證驅動橋橋殼變型設計的可行性和工作的可靠性,在設計過程中必須對其應力分布、變形、動態特性和疲勞壽命進行計算和校核。近年來,在計算機技術和數值分析方法支持下發展起來的有限元,分析方法為解決復雜的工程分析計算問題提供了有效途徑。隨著技術的大力推廣和企業的應用,機械行業中的工程技術人員已逐步甩掉圖板,而將主要精力投身于如何優化設計、提高工程和產品質量上來。于是計算機輔助工程分析的方法和軟件成為關鍵的技術要素。汽車產品開發的新技術不斷涌現,產品的開發周期從年、年、年發展到目前的年甚至更短的時間。其主要原因是計算機輔助造型、計算機輔助設計、計算機輔助工程分析、計算機輔助制造、計算機輔助試驗、計算機集成制造系統以及計算機虛擬現實系統等一大批先進技術得到了應用,從而迅速縮短了汽車業的產品開發周期。二、文獻綜述大約在300年前，牛頓和萊布尼茨發明了積分法，證明了該運算具有整體對局部的可加性。雖然，積分與有限元技術對定義域的劃分是不同的，前者進行無限劃分而后者進行有限劃分，但積分運算為實現有限元技術準備好了一個理論基礎。在牛頓之后約100年，著名數學家高斯提出了加權余值法及線性代數方程組的解法。這兩項成果的前者被用來將微分方程改寫為積分表達式，后者被用來求解有限元法所得出的代數方程組。在18世紀，另一位數學家拉格朗提出泛函分析。泛函分析是將偏數分方程改寫為積分表達式的另一途徑。19世紀末20世紀初，數學家瑞雷和里茲首先提出可對全定義域運用展開函數來表達其上的未知函數。1915年，數學家伽遼金提出了選擇展開函數中形函數的伽遼金法，該方法被廣泛地用于有限元。1943年，數學家庫朗德第一次提出了可在定義域內分地使用展開函數來表達其上的未知函數--有限元法。至此實現有限元技術的第二個理論基礎也已確立。20世紀50年代，飛機設計師們發現無法用傳統的力學方法分析飛機的應力、應變等問題。波音公司的一個技術小組，首先將連續體的機翼離散為三角形板塊的集合來進行應力分析，經過一番波折后獲得前述的兩個離散的成功。20世紀50年代，大型電子計算機投入了解算大型代數方程組的工作，這為實現有限元技術準備好了物質條件。1960年前后，美國的R.W.Clough教授及我國的馮康教授分別獨立地在論文中提出了“有限單元”。這樣的名詞。此后，這樣的叫法被大家接受，有限元技術從此正式誕生。以汽車后橋為例,研究了雜交系統的動力學分析問題,推導了其振動微分方程,并用有限元法建立了其動力學分析模型。利用該模型可對汽車后橋系統進行模態分析和動力響應分析。文獻根據汽車振動及有限元理論,建立了橋殼動態分析的力學模型,利用有限元分析軟件,建立橋殼的有限元動態模型,并進行了有限元的模態分析和瞬時動態分析。在模態分析中,橋殼有限元模型的固有頻率及振型的計算結果與試驗結果吻合較好在瞬態分析中,確定橋殼上各點承受隨時間變化載荷的位移及應力等動態響應,從而完善了車橋的有限元動態設計方法。也有許多文獻討論橋殼的優化設計。東風汽車公司技術中心的唐述斌,谷莉按經驗對汽車的后橋橋殼厚度進行減薄,然后通過計算和試驗進行校核,取得了減重的效果東南大學的羊扮,孫慶鴻等人應用軟件對影響驅動橋殼強度和剛度的因素進行了研究,并進行了產品結構優化設計。優化后的橋殼本體厚度由降至,質量減輕了。三、研究現狀1、國內研究現狀過去我國主要采用對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗來考核其強度和剛度,有時采用橋殼上貼應變片的電測方法,讓汽車在選定的典型路段上滿載行駛,以測定橋殼的應力但這些方法都是在有橋殼樣品的情況下才能采用。傳統的驅動橋橋殼設計方法,是將其看成簡支梁并校核特定斷面的最大應力值。但這種方法不可避免的經驗性、局限性和盲目性已經暴露出來。有限元法是一種現代化的結構計算方法。在國外,世紀年代前后,這種方法就逐漸為汽車零件的強度分析所采用,對汽車驅動橋殼的強度分析也不例外。例如,日本有的公司對橋殼的設計要求是在倍滿載軸荷的作用下,各斷面彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪毅內軸承根部圓角處的應力不應超過其材料的屈服極限。國內也出現很多利用有限元軟件對驅動橋橋殼建模并進行強度和剛度計算的例子。借助以計算機技術為核心的現代設計方法使驅動橋殼設計更豐富深入合理。通常在提高橋殼強度的方案選擇上,大體上有三種觀點使用高強度合金材料。通過合理的熱處理,提高橋殼抵抗破壞的能力。加大橋殼尺寸,提高橋殼的抗彎截面模量。許多專家對此問題做過深入研究,提出了寶貴的方案,但最終都傾向于從結構上解決問題。近些年來,許多研究人員與企業聯合,利用有限元法對驅動橋殼結構進行各種工況的研究工作和疲勞壽命分析。但與國外的研究相比有較大差距,主要表現在對結構輕量化所帶來的社會效益和經濟效益認識不夠用先進的設計理念指導實際設計生產的意識淡薄先進設計理念的實際應用較少,導致新制造工藝開發缺乏動力,新工藝對結構輕量化的貢獻沒有體現出來是按照經驗修改主要部件的參數尺寸,往往只校核在一般靜態工況下的強度、剛度國內用于研究的硬軟件設施落后,科研力量較弱。2、國外研究現狀1990年10有美國波音公司開始在計算機上對新型客機B-777進行“無紙化設計”，僅用了三年半時間，于1994年4月第一架B-777就試飛成功，這在制造技術史上具有劃時代的意義，其中在結構設計和評判中就大量采用了有限元分析這一手段。在有限元分析的發展初期，由于其基本思想和原理的“簡單”和“樸素”，以至于許多學術權威都對其學術價值有所鄙視，國際著名刊物JournalofAppliedMechanics許多年來都拒絕刊登有關有限元分析的文章。然而現在，有限元分析已經成為數值計算的主流，不但國際上存在如ANSYS等數種通用有限元分析軟件，而且涉及有限元分析的雜志也有幾十種。四、創新思路有限元法的使用在我國制造業中起步較晚,目前普及還不是很廣,在汽車的設計、制造和改進過程中仍主要依靠傳統的手段。這一方面造成局部材料強度余量較大而又無法及早判斷出材料浪費程度的情況另一方面對車輛實際使用過程中出現的局部強度不足的問題,只能采取“頭痛醫頭,腳痛醫腳”的局部加強方案,而且需要進行多次全面的實車試驗才能確定其有效性。過去,國內驅動橋橋殼設計主要采用的手段是參考傳統樣車或者舊車型的樣品模式,這種方法不僅費用大、試制周期長、經驗多于實踐、缺乏科學性,而且也不可能對多種方案進行評價。驅動橋橋殼是一個十分復雜的結構,用經典力學方法不可能得到精確的解答,特別是在設計初期,又不可能有實測數據。因此,以往的設計基本上是依賴于經驗和類比,缺乏建立在力學特性強度、剛度等分析基礎上的科學判據,設計方法有待提高。有限元設計方法是迄今為止國內、外使用最為普遍、最為經濟有效的輔助手段,它所包括的有限元輔助設計、有限元輔助分析等一系列內容,可極大地減少資源投入、縮短工作周期,而且在工作者認真細致的工作作風下,可保證較高的準確性和與實際情況十分理想的吻合程度。因而在汽車設計制造和改進過程中引入有限元法是十分必要的。本次畢業設計首先以五十鈴牌輕型貨車的驅動橋為基礎，通過Pro/e對其進行三維設計建立模型，然后通過軟件自身轉換格式的接口導入.STP格式，再導入ANSYS進行材料加載，接著進行網格劃分和定義受力位置、方向，最后獲得整體變形圖、應力和應變圖等結果圖。五、論文提綱一、緒論1、研究背景2、研究的意義與目的3、國內外發展現狀二、有限元法理論及其在汽車設計中的應用

1、有限元法的概述

2、有限元法的應用三、汽車驅動橋結構簡介及三維模型建立

1、汽車驅動橋結構介紹

2、驅動橋橋殼模型的建立四、橋殼結構靜力學分析

1、導入幾何體

2、定義橋殼單元材料屬性

3、有限元模型網格劃分原則4、橋殼結構模型的網格劃分的具體方法5、施加載荷與約束6、結果后處理7、保存與退出五、橋殼疲勞壽命的有限元分析1、疲勞分析簡介2、疲勞分析3、保存與退出六、如何加強中國汽車應用CAE設計與改進七、結論1、參考文獻2、致謝3、附圖六、進度安排序號任務名稱開始時間結束時間備注1公布畢業題目，組織選題2015-11-12015-11-142學生做開題報告2015-11-152015-11-283在老師指導下撰寫畢業論文2015-11-292016-3-124完成初稿，中期檢查2016-3-132016-3-195繼續撰寫論文，完成2,3稿2016-3-202016-4-96在老師指導下完成畢業論文最終稿2016-4-102016-4-237審閱及評定成績2016-4-242016-4-308組織答辯2016-5-12016-5-79歸檔2016-5-82016-5-1410總結2016-5-152016-5-21七、參考文獻1、ANSYSWorkbench15.0完全自學一本通許進峰電子工業出版社20142、ANSYSWorkbench14.0結構分析快速入門、進階與精通管曉偉電子工業出版社20143、汽車設計王望予機械工業出版社20044、汽車設計劉惟信清華大學出版社20015、汽車理論余志生機械工業出版社20006、汽車CAD/CAE技術基礎與實例羊玢國防工業出版社20137、ANSYSWorkbench工程應用案例精通陳艷霞陳磊電子工業出版社20128、工程力學教程篇周松