车轮轮毂-catia建模-ansys分析

沈阳理工大学课程设计论文课程设计（论文）任务书学院汽车与交通学院专业车辆工程学生姓名郭巨宝学号0802020112课程（论文）题目轮毂的三维建模及模态分析（2）一、设计内容：1.要求用三维软件CATIA\UG\Pro/E根据图纸或实物进行三维建摸。2.用ANSYS进行模态分析。二、技术要求：1.实体建模结构尺寸和形式正确，并能进行模态分析。2.设计说明书一份.其中包括：（1）写出实体建模步骤。（2）写出模型倒入导出过程。（3）写出对模型模态分析过程等。（4）结论（结果分析及问题讨论）。（5）参考文献。（6）提交catia模型文件，工程图及相关文件的电子文档。三、进度安排：1.熟悉题目，准备资料1天；2.三维建摸3天；3.模态分析3天；4.编写设计说明书2天；5.答辩1天.指导教师（签字）：年月日专业负责人（签字）：年月日沈阳理工大学课程设计论文目录第1章用CATIA建立CATIA建立轮毂模型……………11.1汽车轮惘规格系列……………11.2轮毂建模…………………4第2章模型导入ANSYS10.0………………102.1轮毂零件模型*.model导入导入ANSYS10.0……102.2导入模型生成实体…………11第3章ANSYS模态分析…………………123.1参数设定…………………123.2网格划分…………………123.3模态分析及图形显示………133.4模态分析数据及总结………25参考文献……………………29用CATIA建立轮毂模型1.1汽车轮惘规格系列1.范围本标准规定了汽车车轮与轮胎相配合部分的轮辆轮廓术语、标记、负荷、50深槽轮惘(50DC),15“深槽轮辆(150DC),50半深槽轮惘(50SDC),50斜底轮辆(50FB),本标准适用于汽车所使用的轮辆规格系列。2.轮辆轮廓术语图1-1轮辋轮廓A—轮辆标定宽度;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;α—槽底角度;β—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。3.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。4．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。5.5度深槽轮辋6.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1-2轮辋轮廓标注J型轮辋尺寸：选用J型轮辋，尺寸如表1-3所示：单位为毫米轮辋轮廓APminP1minL（量规）Mmax3J76.013.015.016.028.0J89.015.017.019.034.04J101.515.017.019.045.0J114.519.519.522.045.05J127.019.519.522.045.0J140.019.519.522.045.06J152.519.519.522.045.0J16519.519.522.045.07J178.019.519.522.045.0J190.519.519.522.045.08J203.019.519.522.045.0J21619.519.522.045.09J228.519.519.522.045.0J241.519.519.522.045.010J254.019.519.522.045.0J266.519.519.522.045.011J279.519.519.522.045.0J292.019.519.522.045.012J305.019.519.522.045.0J317.519.519.522.045.013J330.019.519.522.045.0表1-3轮辋轮廓尺寸1.2轮毂建模1．YZ平面上建立草图从开始菜单中启动CATIAV5R16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所示：图1-4轮毂YZ平面局部图2.根据车间轮辋轮辐画出轮辐YZ平面草图，并使形成闭合曲线，如图1-5所示：图1-5轮辐YZ平面草图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。生成了整体轮廓图，如图1-6所示：图1-6整体轮廓图4.点击图中间平面区，进入草图，画出螺栓大小孔，并分别进行阵列，局部视图如图1-7所示：图1-7螺栓大小孔5.点击图中间平面区，进入草图，以回转中心为圆心画圆，退出草图进行拉伸和挖孔操作得到的局部图如图1-8所示：图1-8车轮中心部分图6.整体轮廓图正面如图1-9所示：图1-9整体轮廓图正面图7.在整体轮廓图正面两虚线圆内建立三个点并由三个点生成面，如图1-10所示：图1-10生成面8.在新建的面上画出三角形，并利用凹槽命令挖通，如图1-11所示：图1-11三角形9.以轮毂回转轴为中心进行阵列，如图图1-12所示:图1-12外形图10．气门口做法先建平面再画草图，最后使用凹槽命令，得到图1-13所示图形：图1-13整体图形11.模型建立完毕，如图1-14所示：图1-14最终模型12.将文件存为*.CATPart*.model两种格式第2章模型导入ANSYS10.02.1轮毂零件模型*.model导入ANSYS10.01．导入CATIA轮毂模型：打开ANSYS=>File=>Import=>CATIA。如图2-1所示：图2-1图2-22．选择已保存的model模型，如图2-2所示：导入后的图形如图2-3所示：图2-3初始导入图2.2导入模型生成实体生成实体操作如图十八、图十九所示，生成的实体图如图2-6所示：图2-4操作图2-5操作图2-6生成的实体图第3章ANSYS模态分析3.1参数设定1．模型材料的设定定义模型的单元类型：定义轮毂为实体45号单元rick8node23如图3-1所示图3-1定义单元类型2.材料属性：ANSYSMainMenu=>Preprocessor=>MaterialProp=MaterialModels。1）材料的弹性模量和泊松比弹性模量EX＝2.1E11泊松比PRXY＝0.32）定义材料的密度DENS：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>densityDENS=78003.2网格划分1)ANSYSMainMenu=>Meshing=>MeshTool.2)选择轮毂实体3)设置轮毂为solid45号，单击Mesh对轮毂进行网格划分4)划分结果如图3-2所示：图3-2网格划分图3.3模态分析及图形显示1.模态分析的设定1）选定分析选项MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>NewAnalysis→“Modal”(模态分析)2）分析选型设定MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>AnalysisOptions选定参数如图3-3所示：图3-3分析选型设定单击ok按钮，将会弹出BlockLanczosMethod，StartFreq是0，EndFrequ是100000000，单击ok按钮。3）进行求解MainMenu=>Solution=>CurrentLS2．模态分析过程及结果显示1）列出固有频率MainMenu=>GeneralPostproc=>ResultsSummary，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3-4所示：图3-4前20阶固有频率2）得到模态分析图形a．选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>FirstSet，选择轮盘第一阶模态b．选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>ContourPlot=>NodalSolu，选择DOF，如图3-5所示，此时可观察轮毂的一阶模态，如图3-6所示：图3-5模态分析操作图3-6第一阶模态振型c．选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>NextSet，进入轮毂第二阶模态。d．选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>NodalSolu图形窗口中将显示出第二阶模态振型，如图二十七所示：图3-7第二阶模态振型e．重复上述c、d操作就可获得个阶模态振型，如下所示：图3-8第三阶模态振型图3-9第四阶模态振型第图3-10五阶模态振型图3-11第六阶模态振型图3-12第七阶模态振型图3-13第八阶模态振型图3-14第九阶模态振型图3-15第十阶模态振型图3-16第十一阶模态振型图3-17第十二阶模态振型图3-18第十三阶模态振型图3-19第十四阶模态振型图3-20第十五阶模态振型图3-21第十六阶模态振型图3-22第十七阶模态振型图3-23第十八阶模态振型图3-24第十九阶模态振型图3-25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3-26所示：图3-26前20阶固有频率数据轮毂固有特性由固有频率、振型等一组模态参数构成，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，第七阶模态到第十阶模态下，周边变形逐渐增大；第十一阶模态下，变形不是很明显第十二阶模态到第十四阶模态下，周边变形逐渐减小；随后的变化趋势是增大减小增大交替出现，类似正弦规律；在变形小的频率处，没有发生共振，变形大的地方发生了共振。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。保存文件：*.lgw格式文件，使用记事本打开代码如下/BATCH!/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071819:12:0806/30/2010/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1!/GRA,POWER!/GST,ON!/PLO,INFO,3!/GRO,CURL,ON!/CPLANE,1!/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0!/REPLOT,RESIZE~CATIAIN,burongyi,model,'.[卓骆\狭绩兔箕恍\',,,0/NOPR/GO!/FACET,NORML!/DIST,1,1.08222638492,1!/REP,FAST!*ET,1,SOLID45!*!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e11MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7800CM,_Y,VOLUVSEL,,,,1CM,_Y1,VOLUCMSEL,S,_Y!*CMSEL,S,_Y1VATT,1,,1,0CMSEL,S,_YCMDELE,_YCMDELE,_Y1!*SMRT,6SMRT,7SMRT,7SMRT,8MSHAPE,1,3DMSHKEY,0!*CM,_Y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