李希海—开题报告

毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于有限元分析的汽车驱动桥壳优化设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程07-2班 学 生 姓 名: 李希海 导 师 姓 名: 赵雨旸 开 题 时 间: 2011-2-28 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日SY-025-BY-3SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名李希海系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-2班指导教师姓名赵雨旸职称副教授从事专业车辆工程交通工程是否外聘是否题目名称基于有限元分析的汽车驱动桥壳优化设计一、课题研究现状、选题目的和意义1研究现状从驱动桥壳的设计方法来讲，早期驱动桥壳设计采用设计和试验交叉进行。在驱动桥壳结构定型之前往往经过多轮设计，设计面对的对象是实物，需要经过样品制造一试验一修改一再设计的往复，这种方式不可避免地导致整个设计过程周期长，以及人力、物力和财力资源的严重浪费。随着设计经验的积累，人们将计算技术应用于汽车驱动桥壳结构性能的分析及设计中。初期的驱动桥壳结构性能计算是通过将驱动桥壳简化成单根纵梁，进行弯曲强度校核。这种计算方法至今还在沿用，但它显然满足不了汽车驱动桥壳结构性能的设计要求。后来提出的驱动桥壳结构扭转强度计算方法，只能计算纯扭转工况，不能考虑驱动桥壳的实际工况，并且，计算比较复杂，工作量大，在实际运用中存在着很大的困难。再后来，人们将比较设计的思想应用于驱动桥壳设计中。这种设计方法是以同一类型的成熟样车为参考来进行驱动桥壳的设计，目前依然是驱动桥壳结构初步设计的主要方法。但是，这种方法可能造成驱动桥壳各处强度不均匀，某些局部强度富裕较大，产生材料浪费等现象。随着计算机技术的发展而发展起来的有限元法，是一种分析计算复杂结构极为有效的数值计算方法。它先将连续的分析对象划分为由有限个单元组成的离散组合体，运用力学知识分析每个单元的力学特性，再组集各个单元特性，形成一个整体结构的控制方程组，通过计算，得到整体结构的位移场和应力场等结果。有限元法的整个计算过程十分规范，主要步骤都可以通过计算机来完成，是一种十分有效的分析方法。有限元法方法出现以后，由于其能够解决结构形状和边界条件都非常任意的力学问题，因而在实际中得到广泛应用，成为一种可靠的新的数值计算方法，并取得许多实际效益。在汽车设计中，有限元法也得到应用。应用有限元法，对汽车的所有结构件、零部件，可以进行刚度、强度、稳定性分析，可以进行模态分析再现振动模态，进一步可以计算出动态响应，较真实地描绘出动态过程，继而进行优化设计。在国外，二十世纪七十年代前后，有限元方法逐渐在汽车桥壳的强度分析中得到应用。例如，美国的机械研究所、万国汽车公司，奔驰、本田、丰田、现代、克莱斯勒、奥迪、菲亚特、嘎斯、保时捷、沃尔沃、雷诺、大众、宝马等多家汽车公司采用了基于有限元方法的优化设计方案，日本五十铃公司在略去桥壳后盖，将桥壳中部安装主减速器处的凸包简化成规则环形的前提下，应用弹性力学方法进行了桥壳应力和变形计算。使计算结果得到大幅度的精确在国内，随着计算机硬件平台成本的降低，计算机辅助设计、分析软件在机械包括汽车领域的应用也日趋成熟，并且在一些方面取得了很好的成果。如今国内的主要汽车生产商和开发单位如上海大众、一汽大众等汽车制造公司都针对车辆设计、制造上的问题提出专门的研究课题，并采用计算机软件进行优化设计攻关。并伴随出现了相当大的一批利用有限元方法的学术汽车类著作，例如文献基于有限元法的微型车驱动桥结构分析及疲劳寿命预测研究首先介绍了有限元法的应用，然后利用有限元分析软件ANSYS对某汽车驱动桥壳进行分析和计算，并简要分析了驱动桥壳强度计算的传统方法，得出有限元法的诸多优点。文献基于有限元法的半轴强度和疲劳寿命计算对某微型汽车驱动桥样件在进行强检时出现桥壳断裂的现象，以有限元的基本理论为依据，利用面向特征建模方法，建立了该桥壳的三维几何模型和有限元分析模型。根据计算结果，该车桥在桥壳局部出现明显应力集中区域;通过改变桥壳局部结构和受力，局部应力明显降低;将改进后样件进行实际装车试验，未出现桥壳断裂现象。文献杂交系统动力学分析的有限元法一汽车后桥有限元建模以汽车后桥为例，研究了的动力学分析问题，推导了其振动微分方程，并用有限元法建立了其动力学分析模型。利用该模型可对汽车后桥系统进行模态分析和动力响应分析，王雪琴等所著论文基于UG的装载机驱动桥壳有限元分析,介绍了UG软件中建立某型号装载机驱动桥壳的三维模型，并直接在该软件中对桥壳进行静力分析、模态分析以及结构优化设计的方法。龙慧等所著装载机前驱动桥壳有限元分析，利用I-DEAS软件对装载机前驱动桥壳进行了有限元强度分析，精确计算出桥壳应力、变形分布及应力集中，为提高桥壳的承载能力及新产品的开发提供了准确、可靠的依据。陈效华等所著基于有限元方法的微型汽车驱动桥结构分析，在对某微型汽车驱动桥样件在进行强度分析时发现会出现桥壳断裂的现象，从而建立了有限元模型，通过分析得知，该驱动车桥在桥壳某些部位有显著的应力集中现象，根据有限元分析得到的结果，对桥壳提出改进方案，改变桥壳的局部结构和受力状况，从而使桥壳局部应力明显下降，将改进后的结构进行试验，现完全满足现有工况。杨天兵等所著轮式挖掘机驱动桥桥壳有限元分析，利用有限元软件ANSYS对某轮式液压挖掘机的4种工况进行分析，得到了桥壳各工况的应力应变分布，并在此基础上进行了结构改进。在对车辆桥壳进行质量目标优化设计方面，羊玢等所著基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化设计应用大型通用软件ANSYS对驱动桥进行了分析研究，得出影响该驱动桥强度和刚度的因素，并对该驱动桥进行结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由8mm降为7mm，重量减轻了4.2Kg-8.0 Kg。总之，今后有限元分析的发展趋势应该提前到概念设计阶段，在汽车驱动桥壳设计阶段就应该进行有限元分析和优化设计。通过计算机仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。虚拟样机的引入减少了实体模型的实验次数同时大幅度的降低了产品的研发成本，在精确的分析结果下制造出高质量的产品，并能够对设计变更做出快速反应，及时投入生产。以有限元分析为代表，现代设计手段己成为汽车工业设计分析的发展新趋势，也是应用领域最广的实用技术之一，它推动了汽车和其他制造业的发展。2选题的目的和意义驱动桥桥壳作为汽车的主要传力件和承载件，使用频繁，故障率较高，将发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形，其生产质量和性能直接影响到车辆的整体性能和有效使用寿命。因此桥壳必须具有足够的强度、刚度和良好的动态特性，对于驱动桥桥壳这样几何形状与组成、加工工艺与工序等都比较复杂的机械零部件，由于受载后的应力分布，传统的驱动桥壳设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力及变形情况，有限元法正好能够解决这一问题。通过对驱动桥壳结构的优化设计，可以进一步降低驱动桥壳的重量，在保证驱动桥壳性能的前提下充分的节省材料，对降低驱动桥壳的成本具有重要的意义。疲劳性能一般不太容易通过标准试件的试验得到，理论计算也难以把各种工艺条件等都反映在其分析模型中，因此在它们的制造过程中，往往规定要定期从生产线中随机抽取样品进行实物桥壳的垂直弯曲刚度、弯曲静强度、疲劳等一系列试验.根据各种试验中出现的应力集中位置、疲劳裂纹位置、长度来判别、认可产品的制造质量。这是一个反复修改和调整的过程，费时费力。如果在设计过程中，通过有限元优化分析，可看到构件在各个载荷状况下的变形情况，可以得到刚度、强度等各种力学性能。之后可将这些结果返回到设计过程中，修改其中不合理的参数，经过反复的优化，使得产品在设计阶段就可保证满足使用要求从而缩短设计试验周期，节省大量的试验和生产费用，进而实现优化设计，它是提高汽车设计的可靠性、经济性、适用性的方法。因此，为了保证其设计的精确性和缩短设计周期，基于有限元分析，研究它的静、动态力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的，用有限元对汽车驱动桥壳进行优化设计可以提高企业研发产品的相应能力，进而增加所生产产品的市场竞争力。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1设计内容 （1）根据汽车驱动桥壳的结构参数，建立三维模型和有限元模型 （2）研究驱动桥壳的载荷（3）驱动桥壳体加载，进行静态分析和动态分析（4）行对汽车驱动桥壳的结构参数进行优化设计（5）完成设计说明书2拟解决的问题 （1）驱动桥壳几何模型简化与建模 a如何进行几何简化 b如何快速高效建立几何模型 （2）驱动桥壳建立有限元模型 a如何选择合适的单元 b如何快速生成几何生成的有限元网格 （3）驱动桥壳的静、动态分析 （4）对汽车的驱动桥壳的结构参数进行优化设计三、技术路线（研究方法）确定驱动桥壳的主要参数利用Pro/E三维建模在ANSYS中参数化建模静态分析在ANSYS进行模型优化初选优化尺寸后进行Pro/E建模静动态分析不符合安全标准符合安全标准最终优化模型动态分析四、进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告 第1、2周（2）研究汽车驱动桥壳的设计步骤与设计方法，分析汽车驱动桥壳受力情况 第3周（3）建立有限元模型 第4、5周（4）施加载荷和边界条件，求解，进行静、动态分析 第69周 （5）对汽车驱动桥壳的结构参数进行优化设计 第1012周（7）完成设计说明书的撰写，指导教师审核 第13周（8）毕业设计（论文）修改、完善 第14周（9）毕业设计（论文）审核、预审 第15周（10）毕业设计（论文）修改、完善 第15、16周（11）毕业设计（论文）答辩准备及答辩 第17周五、参考文献1刘惟信.汽车车桥设计M.北京：清华大学出版社，2004，4.2王望予.汽车设计M.北京：机械工业出版社, 2004. 8.3孙永刚.自卸车桥壳的非线性有限元分析及优化D.重庆：重庆汽车学院，2008.4王星.货车驱动桥壳结构强度分析方法研究D. 重庆：重庆交通大学，2008.5洪小军.载重汽车底盘结构件的计算机辅助分析与设计D. 合肥：合肥工业大学，2008.6苏恩生.汽车驱动桥壳的有限元建模与分析D长春：吉林大学，2003.7朱峥涛.汽车驱动桥桥壳有限元分析D.南昌：南昌大学 ，2007.8卢天祥.重型车桥焊接式整体驱动桥壳的有限元分析及优化设计D.重庆：重庆大学，2007.9陈言东.驱动桥主减速器壳体的有限元分析J.机械工程师，2009.（10）.10胡仁喜.ANSYS机械设计高级应用实例M.北京：机械工业出版社，2005.1.11张黎骅，徐中明. 商用车驱动桥壳CAE分析J.机械设计，2009.（12）.12熊利，徐和林. 汽车起重机驱动桥桥壳静态与模态分析J.四川理工学院学报，2010.（6）13邓磊. 拖拉机驱动桥的有限元分析及拓扑优化设计D.合肥：合肥工业大学，2010.14任光胜，王平，鲁天祥. 基于ANSYS的汽车起重机焊接式整体驱动桥壳有限元分析J. 世界科技研究与发展，2009（2）.15X.Q.Zhu.S.S Law.Dy