开题报告-基于有限元分析的汽车桥壳设计

开题报告二级学院机电工程学院专业车辆工程（汽车设计与制造）班级姓名学号联系方式题目基于有限元分析的汽车桥壳设计开题申请：一、选题意义与目的当今汽车制造业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代的速度日益加快。汽车产品开发的一个重要手段就是变型设计,即以现有产品为基础,保持其基本结构和功能不变,对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整,以此快速形成适应市场需求的新产品。为保证驱动桥桥壳变型设计的可行性和工作的可靠性,在设计过程中必须对其应力分布、变形、动态特性和疲劳寿命进行计算和校核。近年来,在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元,分析方法为解决复杂的工程分析计算问题提供了有效途径。随着技术的大力推广和企业的应用,机械行业中的工程技术人员已逐步甩掉图板,而将主要精力投身于如何优化设计、提高工程和产品质量上来。于是计算机辅助工程分析的方法和软件成为关键的技术要素。汽车产品开发的新技术不断涌现,产品的开发周期从年、年、年发展到目前的年甚至更短的时间。其主要原因是计算机辅助造型、计算机辅助设计、计算机辅助工程分析、计算机辅助制造、计算机辅助试验、计算机集成制造系统以及计算机虚拟现实系统等一大批先进技术得到了应用,从而迅速缩短了汽车业的产品开发周期。二、文献综述大约在300年前，牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该运算具有整体对局部的可加性。虽然，积分与有限元技术对定义域的划分是不同的，前者进行无限划分而后者进行有限划分，但积分运算为实现有限元技术准备好了一个理论基础。在牛顿之后约100年，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方程组的解法。这两项成果的前者被用来将微分方程改写为积分表达式，后者被用来求解有限元法所得出的代数方程组。在18世纪，另一位数学家拉格朗提出泛函分析。泛函分析是将偏数分方程改写为积分表达式的另一途径。19世纪末20世纪初，数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运用展开函数来表达其上的未知函数。1915年，数学家伽辽金提出了选择展开函数中形函数的伽辽金法，该方法被广泛地用于有限元。1943年，数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分地使用展开函数来表达其上的未知函数--有限元法。至此实现有限元技术的第二个理论基础也已确立。20世纪50年代，飞机设计师们发现无法用传统的力学方法分析飞机的应力、应变等问题。波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得前述的两个离散的成功。20世纪50年代，大型电子计算机投入了解算大型代数方程组的工作，这为实现有限元技术准备好了物质条件。1960年前后，美国的R.W.Clough教授及我国的冯康教授分别独立地在论文中提出了“有限单元”。这样的名词。此后，这样的叫法被大家接受，有限元技术从此正式诞生。以汽车后桥为例,研究了杂交系统的动力学分析问题,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。文献根据汽车振动及有限元理论,建立了桥壳动态分析的力学模型,利用有限元分析软件,建立桥壳的有限元动态模型,并进行了有限元的模态分析和瞬时动态分析。在模态分析中,桥壳有限元模型的固有频率及振型的计算结果与试验结果吻合较好在瞬态分析中,确定桥壳上各点承受随时间变化载荷的位移及应力等动态响应,从而完善了车桥的有限元动态设计方法。也有许多文献讨论桥壳的优化设计。东风汽车公司技术中心的唐述斌,谷莉按经验对汽车的后桥桥壳厚度进行减薄,然后通过计算和试验进行校核,取得了减重的效果东南大学的羊扮,孙庆鸿等人应用软件对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究,并进行了产品结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由降至,质量减轻了。三、研究现状1、国内研究现状过去我国主要采用对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验来考核其强度和刚度,有时采用桥壳上贴应变片的电测方法,让汽车在选定的典型路段上满载行驶,以测定桥壳的应力但这些方法都是在有桥壳样品的情况下才能采用。传统的驱动桥桥壳设计方法,是将其看成简支梁并校核特定断面的最大应力值。但这种方法不可避免的经验性、局限性和盲目性已经暴露出来。有限元法是一种现代化的结构计算方法。在国外,世纪年代前后,这种方法就逐渐为汽车零件的强度分析所采用,对汽车驱动桥壳的强度分析也不例外。例如,日本有的公司对桥壳的设计要求是在倍满载轴荷的作用下,各断面弹簧座处、桥壳与半轴套管焊接处、轮毅内轴承根部圆角处的应力不应超过其材料的屈服极限。国内也出现很多利用有限元软件对驱动桥桥壳建模并进行强度和刚度计算的例子。借助以计算机技术为核心的现代设计方法使驱动桥壳设计更丰富深入合理。通常在提高桥壳强度的方案选择上,大体上有三种观点使用高强度合金材料。通过合理的热处理,提高桥壳抵抗破坏的能力。加大桥壳尺寸,提高桥壳的抗弯截面模量。许多专家对此问题做过深入研究,提出了宝贵的方案,但最终都倾向于从结构上解决问题。近些年来,许多研究人员与企业联合,利用有限元法对驱动桥壳结构进行各种工况的研究工作和疲劳寿命分析。但与国外的研究相比有较大差距,主要表现在对结构轻量化所带来的社会效益和经济效益认识不够用先进的设计理念指导实际设计生产的意识淡薄先进设计理念的实际应用较少,导致新制造工艺开发缺乏动力,新工艺对结构轻量化的贡献没有体现出来是按照经验修改主要部件的参数尺寸,往往只校核在一般静态工况下的强度、刚度国内用于研究的硬软件设施落后,科研力量较弱。2、国外研究现状1990年10有美国波音公司开始在计算机上对新型客机B-777进行“无纸化设计”，仅用了三年半时间，于1994年4月第一架B-777就试飞成功，这在制造技术史上具有划时代的意义，其中在结构设计和评判中就大量采用了有限元分析这一手段。在有限元分析的发展初期，由于其基本思想和原理的“简单”和“朴素”，以至于许多学术权威都对其学术价值有所鄙视，国际著名刊物JournalofAppliedMechanics许多年来都拒绝刊登有关有限元分析的文章。然而现在，有限元分析已经成为数值计算的主流，不但国际上存在如ANSYS等数种通用有限元分析软件，而且涉及有限元分析的杂志也有几十种。四、创新思路有限元法的使用在我国制造业中起步较晚,目前普及还不是很广,在汽车的设计、制造和改进过程中仍主要依靠传统的手段。这一方面造成局部材料强度余量较大而又无法及早判断出材料浪费程度的情况另一方面对车辆实际使用过程中出现的局部强度不足的问题,只能采取“头痛医头,脚痛医脚”的局部加强方案,而且需要进行多次全面的实车试验才能确定其有效性。过去,国内驱动桥桥壳设计主要采用的手段是参考传统样车或者旧车型的样品模式,这种方法不仅费用大、试制周期长、经验多于实践、缺乏科学性,而且也不可能对多种方案进行评价。驱动桥桥壳是一个十分复杂的结构,用经典力学方法不可能得到精确的解答,特别是在设计初期,又不可能有实测数据。因此,以往的设计基本上是依赖于经验和类比,缺乏建立在力学特性强度、刚度等分析基础上的科学判据,设计方法有待提高。有限元设计方法是迄今为止国内、外使用最为普遍、最为经济有效的辅助手段,它所包括的有限元辅助设计、有限元辅助分析等一系列内容,可极大地减少资源投入、缩短工作周期,而且在工作者认真细致的工作作风下,可保证较高的准确性和与实际情况十分理想的吻合程度。因而在汽车设计制造和改进过程中引入有限元法是十分必要的。本次毕业设计首先以五十铃牌轻型货车的驱动桥为基础，通过Pro/e对其进行三维设计建立模型，然后通过软件自身转换格式的接口导入.STP格式，再导入ANSYS进行材料加载，接着进行网格划分和定义受力位置、方向，最后获得整体变形图、应力和应变图等结果图。五、论文提纲一、绪论1、研究背景2、研究的意义与目的3、国内外发展现状二、有限元法理论及其在汽车设计中的应用

1、有限元法的概述

2、有限元法的应用三、汽车驱动桥结构简介及三维模型建立

1、汽车驱动桥结构介绍

2、驱动桥桥壳模型的建立四、桥壳结构静力学分析

1、导入几何体

2、定义桥壳单元材料属性

3、有限元模型网格划分原则4、桥壳结构模型的网格划分的具体方法5、施加载荷与约束6、结果后处理7、保存与退出五、桥壳疲劳寿命的有限元分析1、疲劳分析简介2、疲劳分析3、保存与退出六、如何加强中国汽车应用CAE设计与改进七、结论1、参考文献2、致谢3、附图六、进度安排序号任务名称开始时间结束时间备注1公布毕业题目，组织选题2015-11-12015-11-142学生做开题报告2015-11-152015-11-283在老师指导下撰写毕业论文2015-11-292016-3-124完成初稿，中期检查2016-3-132016-3-195继续撰写论文，完成2,3稿2016-3-202016-4-96在老师指导下完成毕业论文最终稿2016-4-102016-4-237审阅及评定成绩2016-4-242016-4-308组织答辩2016-5-12016-5-79归档2016-5-82016-5-1410总结2016-5-152016-5-21七、参考文献1、ANSYSWorkbench15.0完全自学一本通许进峰电子工业出版社20142、ANSYSWorkbench14.0结构分析快速入门、进阶与精通管晓伟电子工业出版社20143、汽车设计王望予机械工业出版社20044、汽车设计刘惟信清华大学出版社20015、汽车理论余志生机械工业出版社20006、汽车CAD/CAE技术基础与实例羊玢国防工业出版社20137、ANSYSWorkbench工程应用案例精通陈艳霞陈磊电子工业出版社20128、工程力学教程篇周松