轮毂的catia建模及ansys模态分析

I 目 录 1 绪论 2 1 1 CATIA 软件介绍 2 1 2 ANSYS 软件介绍 2 1 3 本次课程设计的主要内容及目的 3 2 轮毂的建模 3 2 1 汽车轮毂规格系列 3 2 2 轮毂建模 6 3 从 CATIA 导入 ANSYS 12 3 1 将轮毂 CATPART格式零件模型导入 ANSYS12 0 12 3 2 将导入模型生成实体 13 4 ANSYS 模态分析 15 4 1 参数设定 15 4 2 网格划分 16 4 2 模态分析及图形显示 18 结束语 32 1 课程设计的主要工作 32 2 课程设计中存在的不足 32 参考文献 33 2 1 绪论 1 1 CATIA 软件介绍 CATIA 的全称为 Computer Aided Three Dimensional Interaction Application System 计算机辅助三维 二维交互式应用系统 是由法国达索系统公司 Dassault Systemes DS 开发的集成了 CAD CAM 和 CAE 的大型软件 凭借其突出的技术优 势在制造业的各个领域得到了广泛的应用 成为全球制造业的主流设计软件 利用 CATIA 中的机械设计中零部件设计模块进行三维建模 所画图形一目了然 用线框与 线条模块进行曲面设计 所做图形清晰流畅 CATIA已经成了汽车工业CAD CAM的事实标准 欧洲 北美和亚洲的顶尖汽车制 造商纷纷采用其作为核心系统 在航空工业领域 空中客车公司 Pratt B 轮缘宽度 C 轮缘半径位置尺寸 D 轮辆标定直径 F1 F2 轮辋上气门嘴孔位置尺寸 G 轮缘高度 H 槽底深度 DR DF 胎圈 座突峰直径 L 槽底宽度 M 槽的位置尺寸 P 胎圈座宽度 R1 轮缘接合半 径 R2 轮缘半径 R3 胎圈座圆角半径 R4 槽顶圆角半径 R5 槽底圆角半径 R6 轮缘端部圆角半径 R7 槽侧半径 V 气门嘴孔或槽的尺寸 槽底角度 胎圈座角度 注 1 凡标注二的尺寸与轮胎在轮惘上的装 拆有关 是轮辆槽底的最小尺寸 M 表示槽底位置的极限尺寸 注 2 槽顶圆角半径 R 和槽底角度 a 是轮胎在轮惘上装 拆的重要参数 注 3 安装面 即轮胎从这一面装人轮辆或从这一面拆下轮胎 对于多件式轮辆 安 装面是可拆卸轮缘的一面 2 标记 轮辋规格名称采用 轮惘名义直径X 一轮辋名义宽度轮辋轮廓代号 也可采用 轮辋名义宽度轮辋轮廓代号X 一轮辆名义直径 表示 3负荷 施加在轮辋 车轮上的负荷和气压 不应超过轮辋 车轮制造厂推荐的最大值 这个 值可刻制在轮辋 车轮上 当轮辋 车轮上无此标记或使用条件超过其推荐值时 则应与 5 轮辋 车轮厂协商 以确保在预期使用条件下 轮辋 车轮不被破坏 4 根据实际测量的轮辋数据及各种参数选用J型轮辋 J型轮辋轮廓 图 2 2 轮辋轮廓标注 J 型轮辋尺寸 选用J 型轮辋 尺寸如表 2 3 所示 单位为毫米 2 1 3 轮辋轮廓APminP1minL 量规 Mmax 3J76 013 015 016 028 0 J 2 1 389 015 017 019 034 0 4J101 515 017 019 045 0 J 2 1 4114 519 519 522 045 0 5J127 0 19 519 5 22 0 45 0 J 2 1 5140 0 19 519 5 22 0 45 0 6J152 5 19 519 5 22 0 45 0 J 2 1 6165 19 519 5 22 0 45 0 7J178 0 19 519 522 045 0 J 2 1 7190 5 19 519 522 045 0 8 J203 0 19 519 522 045 0 6 J 2 1 8216 19 519 522 045 0 9 J228 5 19 519 522 045 0 J 2 1 9241 5 19 519 522 045 0 表 2 3 轮辋轮廓尺寸 2 2 轮毂建模 1 YZ平面上建立草图 从开始菜单中启动CATIA V5R16软件 进入CATIA的工作平面 点开其开始菜单 选择机械设计 零部件设计 进入零件设计工作台 选中YZ平面 单击草图器工具图 标 进入草图工作台 根据国家标准画出轮毂YZ平面局部草图 其间用到倒角 偏移 标准等命令 如图1 4 1 5所示 图 2 4 7 图 2 5 8 图 2 6 2 作生成实体的对称轴 图 2 7 3 退出草图平面 用旋转体命令建立旋转体 选中草图一 点击旋转体命令 以 H 轴为旋转轴 旋转 360 度 预览 确定 生成整体轮廓图 如图 2 8 所示 9 图 2 8 4 点击图中间平面区 进入草图 画出螺栓孔 图 2 9 单机按钮退出工作台 10 图 2 10 5 单机凹槽命令 图 2 11 图 2 12 6 点击阵列按钮 进行阵列 局部视图如图 1 13 1 14 所示 11 图 2 13 图 2 14 其他孔洞的绘制同上 建模完成后的模型如下 12 图 2 14 将文件存为 CATPart 格式 3 从 catia 导入 ANSYS 3 1 将轮毂 CATPart 格式零件模型导入 ANSYS12 0 1 导入 CATIA 轮毂模型 打开 ANSYS File Import CATIA V5 如图 3 1 所 示 图 3 1 13 导入后的图形如图 3 2 所示 图 3 2 3 2 将导入模型生成实体 生成实体操作如图 3 3 图 3 4 所示 生成的实体图如图 3 5 所示 图 3 3 14 图 3 4 图 3 5 4 ANSYS 模态分析 4 1 参数设定 4 1 模型材料的设定 1 定义模型的单元类型 定义轮毂为实体 45 号单元 rick 8node 23 如图 4 1 所示 15 图 4 1 定义单元类型 2 材料属性 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Prop Material Models 1 材料的弹性模量和泊松比 弹性模量 EX 2E5 泊松比 PRXY 0 3 2 定义材料的密度 DENS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models density DENS 7800 4 2 网格划分 1 ANSYS Main Menu Meshing MeshTool 2 选择轮毂实体 3 设置轮毂为材料为 solid45 单击 Mesh 对轮毂进行网格划分 划分过程如下图 16 图 4 2 图 4 3 图 4 4 图 4 5 17 图 4 6 4 划分结果如图 4 7 所示 图 4 7 4 3 模态分析及图形显示 1 模态分析的设定 1 选项 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis Modal 模态分析 18 2 分析选型设定 Main Menu Solution Analysis Type Analysis Options 选定参数如图 4 8 所示 图 4 8 单击ok按钮 将会弹出Block Lanczos Method Start Freq是0 End Frequ是 0 单击ok按钮 3 进行求解Main Menu Solution Current LS 图 4 9 2 模态分析过程及结果显示 19 1 列出固有频率 Main Menu General Postproc Results Summary 将列出轮毂 的所有求解的固有频率 在文本框里列出了轮毂的前20阶固有频率如图4 10所示 图 4 10 前 20 阶固有频率 2 得到模态分析图形 a 选取菜单路径Main Menu General Postproc Read Results First Set 选择 轮盘第一阶模态 b 选取菜单路径Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu 选择DOF 如图4 11所示 此时可观察轮毂的一阶模态 20 图 4 11 模态分析操作 图 4 12 第一阶模态振型 c 选取菜单路径Main Menu General Postproc Read Results Next Set 进入 轮毂第二阶模态 21 d 选取菜单路径Main Menu General Postproc Plot Results Nodal Solu图形窗 口中将显示出第二阶模态振型 如图4 13所示 图 4 13 第二阶模态振型 e 重复上述c d操作就可获得各阶模态振型 如下所示 图 4 14 第三阶模态振型 22 图 4 15 第四阶模态振型 第图 4 16 五阶模态振型 23 图 4 17 第六阶模态振型 图 4 18 第七阶模态振型 24 图 4 19 第八阶模态振型 图 4 20 第九阶模态振型 25 图 4 21 第十阶模态振型 图 4 22 第十一阶模态振型 26 图 4 23 第十二阶模态振型 图 4 24 第十三阶模态振型 27 图 4 25 第十四阶模态振型 图 4 26 第十五阶模态振型 28 图 4 27 第十六阶模态振型 图 4 28 第十七阶模态振型 29 图 4 29 第十八阶模态振型 图 4 30 第十九阶模态振型 30 图 4 31 第二十模态振型 3 4 模态分析数据及总结 轮毂的前20阶固有频率 如图4 32所示 图 4 32 前 20 阶固有频率数据 31 轮毂固有特性由固有频率 振型等模态参数构成 它由轮毂本身 质量与刚度分 布 决定 而与外部载荷无关 但决定了结构对动载荷的响应 由模态分析可以看出轮毂振型情况为 轮毂周边变形较大 但第七阶模态到第十 一阶模态下 此时中心变形最大 频率为0 22288E 02 最大变形为0 872E 04 然后周边 变形逐渐增大 在变形小的频率处 发生共振效应不强 变形大的地方是因为发生了 共振 所以车轮在设计的时候应根据模态分析得到的数据 让车轮的固有频率与其相 关的外界频率错开 避免发生共振使车轮变形 进而可以增加舒适性 结束语 1 课程设计的主要工作 本课题通过对比选择型轮毂 再根据频率与振动的关系 振动与变形的关系等 2 1 3 为分析方向 1 在阅读大量科技文献的基础上 作者对 CATIA 在汽车设计过程中的应用作了详 细的研究 对轮毂的作用有了更深刻的理解 在此基础上利用 CATIA 软件对汽车轮毂 进行设计 2 选用软件中的机械设计中的零部件设计模块进行三维建模 所画图形一目了然 用线框与线条模块进行曲面设计 所做图形清晰流畅 最后用有限元分析模块进行模 态 所得结果真实可靠 2 课程设计中存在的不足 由于时间与水平有限 本论文设计过程中在轮毂精度 数据分析上略显不足 CATIA 软件在材料选取上使用的是近似材料 如用钢来代替合金钢以及铝合金等材料 对螺栓孔 肋孔绘制由于参数不全 只粗糙绘制 考虑到个人电脑性能有限 进 行模态分析时网格划分的不够精细 由于作者水平有限 对软件的操作和一些理论的 32 理解不够深入 也有待于各位老师 专家的批评指正 参考文献 1 刘维信 汽车设计 北京 清华大学出版社 2007 7 431 432 2 陈家瑞 张建文 汽车构造 下册 北京 机械工业出版社 2009 2 179 180 3 余志生 汽车理论 北京 机械工业出版社 2006 5 130