汽車橋殼的有限元分析

2013-06-21 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

隨著CAE技術(shù)在中國的逐步被重視,越來越多的企業(yè)引進(jìn)了CAE技術(shù),本文主要簡述CAE技術(shù)在某型汽車橋殼方面的應(yīng)用.

一、前言

汽車橋殼是車輛中重要的安全件和功能件,是幾何形狀較為復(fù)雜的零件,它是主減速器,差速器,半軸的裝配基體,主要功能是支撐汽車重量,并承受由車輪傳來的路面反力和反力矩,并經(jīng)懸架傳給車架或車身,其性能直接影響運(yùn)輸車輛的安全性和可靠性,要求有足夠的強(qiáng)度和剛度,質(zhì)量要小,從而提高汽車行駛的平順性.我國目前的實(shí)際應(yīng)用中的橋殼多為鑄造橋殼和鋼板沖壓焊接橋殼,鑄造橋殼有較高的強(qiáng)度和剛度,但質(zhì)量也較大,鑄造質(zhì)量也不易保證,很容易造成材料和能源的浪費(fèi).而鋼板沖壓焊接橋殼,相比較而言,容易制造,質(zhì)量輕,但加工工序較多,往往存在著回彈超差,而且焊縫質(zhì)量要求高,也很浪費(fèi)材料和能源.隨著成型設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,液壓脹形技術(shù)在國外迅速發(fā)展,廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè),日本等國家在液壓脹形技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到較高的水平,我國目前還處在試制階段,不過也漸漸引起了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注,液壓脹形橋殼的主要優(yōu)點(diǎn)是壁厚分布合理,無焊縫,剛度,強(qiáng)度高,重量輕,材料利用率高,節(jié)能降耗,加工工序少,加工效率高.這將是車橋今后發(fā)展的一種趨勢,本文主要是通過ANSYS有限元軟件對(duì)某型車橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行的有限元計(jì)算與分析。

二、有限元計(jì)算與分析

CAE技術(shù),在產(chǎn)品生產(chǎn)的各階段,周期內(nèi)都有其實(shí)際效益,例如:在概念設(shè)計(jì)階段CAE可以為設(shè)計(jì)人員來完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證,不同方案的比較,滿足功能,性能方面的要求;在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段CAE可以驗(yàn)證各種零部件是否滿足性能,制造上是否可行等,不過我國目前CAE技術(shù)的開展,主要集中在產(chǎn)品開發(fā)和試驗(yàn)階段.本文研究的車橋就是經(jīng)試驗(yàn)檢測后在進(jìn)行的CAE研究.

2.1有限元模型的建立

我們根據(jù)設(shè)計(jì)者向我們提供的某后橋的數(shù)模,在對(duì)計(jì)算精度影響不大的前提下,為提高計(jì)算速度,對(duì)模型做適當(dāng)?shù)暮喕：喕蟮挠邢拊Ｐ凸灿?24210個(gè)節(jié)點(diǎn).

2.2 約束與載荷

2.2.1 約束的施加

為了模擬橋在真實(shí)工況下的狀態(tài),我們?cè)谑┘蛹s束時(shí)只在橋兩端面施加約束。

2.2.2 載荷的施加

載荷的施加分為兩種:

1、與橋殼軸管中心線垂直的方向施加8330N的力;
2、在滿載的狀態(tài)下在與橋殼軸管中心線垂直的方向施加20825N的力。

2.3 計(jì)算工況分類

本文主要采用模擬試驗(yàn)的方法確定如下幾種計(jì)算工況進(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析。

表一:計(jì)算工況對(duì)比描述

2.4 計(jì)算結(jié)果分析

2.4.1靜力結(jié)果分析比較

表二: 最大應(yīng)力值(MP)比較

表三: 最大變形值(mm)比較

我們通過以上諸表和圖形對(duì)靜力狀態(tài)下的兩種工況有了很直觀的了解,現(xiàn)在我們對(duì)工況三工況四的疲勞做一下分析比較,由于沒有獲得材料本身的疲勞壽命曲線,本次計(jì)算只是利用軟件本身所帶材料疲勞曲線進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比。

圖5 工況三的疲勞壽命云圖圖6 工況四的疲勞壽命云圖

我們可以看到在車橋三段式連接的中部連接處有較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象,這是由于連接處存在較大的縫隙(為焊接而采用的坡口)造成的失實(shí)現(xiàn)象,因此我們對(duì)模型做了適當(dāng)?shù)酶倪M(jìn),重新進(jìn)行計(jì)算分析,并對(duì)這種情形下獲得的應(yīng)力、變形,疲勞壽命值與沒有改進(jìn)前應(yīng)力、變形、疲勞壽命值加以比較。

圖7 工況一的應(yīng)力云圖圖8 工況二的應(yīng)力云圖

圖9 工況一得變形云圖圖10 工況二得變形云圖

圖11 工況三的疲勞壽命云圖圖12 工況四的疲勞壽命云圖

2.4.2 計(jì)算結(jié)果數(shù)值比較

表四:最大應(yīng)力值(MP)比較

表五:最大變形值(mm)比較:

表六:疲勞壽命值(次)比較:

三、結(jié)論

從強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果來看,由于加載和結(jié)構(gòu)上的原因,在結(jié)構(gòu)局部地方存在應(yīng)力集中(最大應(yīng)力出現(xiàn)位置)問題,在制造過程中應(yīng)加強(qiáng)工藝保證;計(jì)算結(jié)果表明有動(dòng)荷系數(shù)時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象加大,最大應(yīng)力值上升,同時(shí)疲勞壽命減小(本文采用的是軟件自帶材料疲勞曲線,結(jié)果只做參考);改進(jìn)后的結(jié)果明顯減小,說明改進(jìn)方案有效.總體來說,該橋本身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)還是合理的,只是在制造過程中應(yīng)盡量減少焊接缺陷導(dǎo)致局部應(yīng)力集中。目前受國內(nèi)技術(shù),工藝的局限,在車橋生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)還存在很多的缺撼,希望CAE技術(shù)在國內(nèi)的不斷推廣,可以為我們的汽車制造業(yè)帶來不一樣的景象,也希望CAE技術(shù)可以充分的發(fā)揮其作用,逐漸接近國際先進(jìn)的技術(shù)水平。

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