汽車前軸靜動態(tài)有限元分析.pdf

1、汽車前軸有限元分析是汽車設(shè)計領(lǐng)域重要的課題之一。伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元模擬越來越成為汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要手段。本文通過前軸進行數(shù)值模擬，可以全面地了解汽車前軸在各種工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布及振動頻率，為設(shè)計者提供科學(xué)的理論依據(jù)，從而提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計成本。 根據(jù)前軸本身的結(jié)構(gòu)特點，在前軸的建模過程中，考慮到前軸載荷的復(fù)雜性以及后續(xù)的網(wǎng)格劃分難易程度，在保證前軸結(jié)構(gòu)本身特性以及方便后續(xù)的有限元分析的同時，對前

2、軸結(jié)構(gòu)進行局部簡化，建立起前軸的有限元計算殼模型。根據(jù)前軸的結(jié)構(gòu)特點及承受載荷狀況對前軸實體模型進行適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，將其簡化為合理的力學(xué)模型，選擇前軸靜態(tài)滿載荷、沖擊載荷、緊急制動、最大側(cè)向力和前進緊急制動過彎等五種工況進行載荷分析，并把載荷分析結(jié)果設(shè)定為有限元模型的加載載荷，在線彈性范圍內(nèi)通過ANSYS計算得出前軸在以上五種工況下的應(yīng)力和應(yīng)變分布，利用第一強度理論和第四強度理論分別校核前軸在這五種工況下的抗拉強度和屈服強度，應(yīng)用剛度標(biāo)準(zhǔn)校

3、核其剛度。同時，結(jié)合有限元模態(tài)分析方法對前軸進行模態(tài)分析，通過蘭索斯法(Block Lanczos)提取前軸的前十階固有頻率和振型，分析其固有頻率與外界激勵和人體共振頻率的耦合情況，以及分析其相應(yīng)的各階振型情況，為前軸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)測以及整車的結(jié)構(gòu)動力特性優(yōu)化設(shè)計提供理論參考依據(jù)。分析結(jié)果表明，前軸能夠基本滿足性能要求，但是在國家規(guī)定的前軸設(shè)計中的緊急制動工況下，可能在前軸本體與螺旋彈簧套筒焊接區(qū)域因抗拉強度和

4、屈服強度不足而斷裂，致使轉(zhuǎn)向失效等重大故障，并且前軸的低階固有頻率易與不平路面的激勵頻率耦合，同時也有可能和人體的第一、二共振頻率耦合，產(chǎn)生共振，降低前軸的疲勞壽命，影響駕駛者的正常駕駛及行車的安全性。因此，需要對該前軸做出改進才能在改型后的車輛上使用。 本文對該型商用車前軸的有限元分析方法和過程，可以為該類型前軸的結(jié)構(gòu)改進提供理論參考依據(jù)，作為其改進的理論指導(dǎo)。同時，該種分析方法和過程也適用于其他商用車型或轎車的同類型前軸的設(shè)