基于Workbench的汽车前轴有限元分析毕业论文

 2021-04-07 10:04

摘 要

有限元分析法是现代较为先进的一种计算方法,它被广泛应用于工程分析领域,在现代的汽车设计领域有限元分析法也起着至关重要的作用。而作为有限元分析软件之一的ANSYS Workbench因其在项目管理、协同仿真、双向的参数传输等功能上的优越性更加成为设计领域的热门软件,它集建模、结构静力学分析、模态分析、动力学分析、结构优化等功能于一身。在汽车的设计中借助它来提高静态性能、动态性能、优化车身、车架结构设计、缩短新车开发周期、节约开发费用。而汽车前轴作为汽车的重要承载部件之一,因其受力的复杂性和外形尺寸的多变性大大增大了对强度和刚度分析的难度,因此就需借助ANSYS Workbench等有限元分析软件来设计前轴、分析校核前轴的安全性和优化前轴。本课题通过软件UGNX8.0对汽车前轴进行实体建模(在建模过程中要充分考虑到前轴所受载荷的复杂性和后续将进行的网格划分难易程度,在保证前轴结构基本特征和后续有限元分析的方便性的同时,对前轴结构进行局部简化),再经过分析软件ANSYS Workbench建立起有限元计算模型。根据前轴的结构特点和所受载荷的状况对前轴的实体模型进行合理的假设,建立起简化的力学模型。选择前轴在满载时越过不平路面,侧滑和紧急制动这三种工况进行载荷分析,再将分析结果设定为有限元模型的加载载荷,通过ANSYS Workbench计算出前轴在这三种工况下的应力和应变分布,并利用第三强度理论和第四强度理论分别校核前轴在这三种工况下的强度和刚度。

关键词:ANSYS Workbench;有限元分析;汽车前轴;强度;刚度

The finite element analysis of automobile front axle based on Workbench

ABSTRACT

Finite element analysis method as a numerical calculation method has been widely applied in the field of engineering analysis and a calculation method of, in the modern automotive also play an important role in the design of the structure.As one of the finite element analysis software ANSYS Workbench because its in collaborative simulation, project management, the parameters of the bidirectional transmission, and other functions on the superiority of more become popular software in the field of design, it sets the modeling, structure statics analysis and modal analysis, dynamic analysis, structural optimization and other functions in one.In the design of car use it to improve dynamic and static performance and optimize the structure of body and frame design, shorten the development cycle, new car to save development costs.The automobile front axle as one of the important load-bearing parts of automobile, the variability of the stress of the complexity and dimension greatly increased the difficulty of the analysis of strength and stiffness, so we have to use software such as ANSYS Workbench to design front axle, analysis, check the security of the front axle and the optimization of the front axle.This topic by UG for automobile front axle first 3-d modeling (in the modeling process to fully consider the front axle load of complexity and mesh of the follow-up will be ease, in to ensure that the front axle structure itself characteristics and subsequent finite element analysis of convenience at the same time, the front axle structure simplified) locally, through the ANSYS Workbench established finite element shell model.According to the structure characteristics of the front axle and the entity model of the status of the load on the front axle carries on the reasonable assumption, the simplified into the appropriate mechanical model. Choose front axle in full over the rough road, sideslip and emergency brake operating mode of the three load analysis, and then set the results of the analysis to the finite element model of load , calculated by ANSYS Workbench front axle under the three conditions of stress and strain distribution, and use the first strength theory and fourth strength theory respectively check front axle under the three conditions of strength and stiffness.

Key works:ANSYS Workbench;The finite element analysis;Automobile front axle; Strength;Stiffness

目 录

一 前言 - 1 -

1.1 工程背景 - 1 -

1.2 前轴结构简述 - 1 -

1.3 研究目的及意义 - 3 -

1.4 国内外同类研究概况 - 3 -

1.5 前轴有限元分析内容 - 4 -

1.6 汽车前轴的使用性能要求 - 5 -

1.7 有限元分析在汽车前轴设计中存在问题 - 6 -

二 有限元分析法基本理论 - 7 -

2.1 有限元简介 - 7 -

2.1.1 有限元的基本概念 - 7 -

2.1.2 有限元的基本思想 - 7 -

2.2 ANSYS的发展 - 7 -

2.3 ANSYS的功能 - 8 -

2.4 ANSYS Workbench的特点 - 8 -

2.5 ANSYS Workbench分析的基本过程 - 9 -

2.5.1 前处理 - 9 -

2.5.2 加载并求解 - 10 -

2.5.3 后处理 - 10 -

三 设置静力分析环境 - 10 -

3.1 实体建模 - 11 -

3.2 Workbench分析前期准备 - 16 -

3.2.1 划分网格的步骤 - 16 -

3.2.2 网格划分原则 - 16 -

3.2.3 材料特性 - 17 -

3.3 静力分析 - 17 -

3.3.1 启动Workbench并建立分析项目 - 17 -

3.3.2 导入几何体 - 18 -

3.3.3 添加材料库 - 19 -

3.3.4 添加模型材料属性 - 20 -

3.3.5 划分网格 - 21 -

四 前轴载荷分析 - 22 -

4.1 力学分析 - 23 -

4.2 基本数据 - 23 -

4.3 工况计算 - 24 -

4.3.1 紧急制动 - 24 -

4.3.2 侧滑 - 28 -

4.3.3 满载时越过不平路面 - 31 -

五 前轴的模态分析 - 34 -

5.1 模态分析方法 - 35 -

5.2 模态系统分析步骤 - 35 -

5.2.1 几何体和质点 - 35 -

5.2.2 接触区域 - 36 -

5.2.3 分析类型 - 36 -

5.2.4 载荷和约束 - 36 -

5.2.5 求解 - 36 -

5.2.6 检查结果 - 36 -

5.3 模态分析结果 - 37 -

六 全文总结 - 41 -

6.1 总结 - 42 -

6.2 展望 - 42 -

致 谢 - 42 -

参考文献 - 43 -

一 前言

1.1 工程背景

汽车问世百余年来,特别是从汽车产品的大批量生产和汽车工业的大发展以来,汽车已经深深影响着世界经济的大发展和人类生活的现代化,为人类社会的进步做出了卓越的贡献,掀起了一场跨时代的革命[1]

当前,汽车已经渗入到人类社会的各个领域。汽车已成为人们日常生活、学习 、工作中最常使用到的交通工具,加入到发达国家每个家庭中生活必需品的行列,象征着社会的现代化。即使就我们这样一个发展中国家而言,汽车也已经成为国民经济以及各项事业和人民生活、生产等活动不可或缺的交通工具。大力发展汽车工业尤其是轿车工业和汽车运输业,已成为我国兴旺发达、实现四个现代化的特别重要的条件。

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