汽車橋殼的有限元分析

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

隨著CAE技術在中國的逐步被重視,越來越多的企業引進了CAE技術,本文主要簡述CAE技術在某型汽車橋殼方面的應用.

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,并經懸架傳給車架或車身,其性能直接影響運輸車輛的安全性和可靠性,要求有足夠的強度和剛度,質量要小,從而提高汽車行駛的平順性.我國目前的實際應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度和剛度,但質量也較大,鑄造質量也不易保證,很容易造成材料和能源的浪費.而鋼板沖壓焊接橋殼,相比較而言,容易制造,質量輕,但加工工序較多,往往存在著回彈超差,而且焊縫質量要求高,也很浪費材料和能源.隨著成型設備及相關技術的發展,液壓脹形技術在國外迅速發展,廣泛應用于汽車制造行業,日本等國家在液壓脹形技術上已經達到較高的水平,我國目前還處在試制階段,不過也漸漸引起了業內人士的關注,液壓脹形橋殼的主要優點是壁厚分布合理,無焊縫,剛度,強度高,重量輕,材料利用率高,節能降耗,加工工序少,加工效率高.這將是車橋今后發展的一種趨勢,本文主要是通過ANSYS有限元軟件對某型車橋結構進行的有限元計算與分析。

二、有限元計算與分析

CAE技術,在產品生產的各階段,周期內都有其實際效益,例如:在概念設計階段CAE可以為設計人員來完成基礎設計的驗證,不同方案的比較,滿足功能,性能方面的要求;在詳細設計階段CAE可以驗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技術的開展,主要集中在產品開發和試驗階段.本文研究的車橋就是經試驗檢測后在進行的CAE研究.

2.1有限元模型的建立

我們根據設計者向我們提供的某后橋的數模,在對計算精度影響不大的前提下,為提高計算速度,對模型做適當的簡化。簡化后的有限元模型共有224210個節點.

2.2 約束與載荷

2.2.1 約束的施加

為了模擬橋在真實工況下的狀態,我們在施加約束時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、在滿載的狀態下在與橋殼軸管中心線垂直的方向施加20825N的力。

2.3 計算工況分類

本文主要采用模擬試驗的方法確定如下幾種計算工況進行對比計算分析。

表一:計算工況對比描述

2.4 計算結果分析

2.4.1靜力結果分析比較

表二: 最大應力值(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靜力狀態下的兩種工況有了很直觀的了解,現在我們對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,本次計算只是利用軟件本身所帶材料疲勞曲線進行了計算對比。

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力集中現象,這是由于連接處存在較大的縫隙(為焊接而采用的坡口)造成的失實現象,因此我們對模型做了適當得改進,重新進行計算分析,并對這種情形下獲得的應力、變形,疲勞壽命值與沒有改進前應力、變形、疲勞壽命值加以比較。

圖7 工況一的應力云圖圖8 工況二的應力云圖

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 計算結果數值比較

表四:最大應力值(MP)比較

表五:最大變形值(mm)比較:

表六:疲勞壽命值(次)比較:

三、結論

從強度計算結果來看,由于加載和結構上的原因,在結構局部地方存在應力集中(最大應力出現位置)問題,在制造過程中應加強工藝保證;計算結果表明有動荷系數時應力集中現象加大,最大應力值上升,同時疲勞壽命減小(本文采用的是軟件自帶材料疲勞曲線,結果只做參考);改進后的結果明顯減小,說明改進方案有效.總體來說,該橋本身設計結構還是合理的,只是在制造過程中應盡量減少焊接缺陷導致局部應力集中。目前受國內技術,工藝的局限,在車橋生產這一環節還存在很多的缺撼,希望CAE技術在國內的不斷推廣,可以為我們的汽車制造業帶來不一樣的景象,也希望CAE技術可以充分的發揮其作用,逐漸接近國際先進的技術水平。

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