驅(qū)動橋殼是重型車輛的主要受力構(gòu)件,承受著車身的大部分重量,驅(qū)動橋殼的設(shè)計嚴重關(guān)系著車輛的安全性能。以往的設(shè)計往往因為無法對驅(qū)動橋殼和半軸套管之間的過盈接觸準確計算,導(dǎo)致了設(shè)計的可靠性差、安全系數(shù)低,使產(chǎn)品在設(shè)計壽命期限內(nèi)提前失效。隨著現(xiàn)代有限元技術(shù)的日益完善,完全可以在保證精度的前提下對驅(qū)動橋殼的過盈接觸問題做準確的數(shù)值模擬和優(yōu)化。 本文首先對非線性接觸理論研究現(xiàn)狀、過盈聯(lián)結(jié)研究現(xiàn)狀和有限元優(yōu)化研究現(xiàn)狀做了概述。以此為基礎(chǔ),以一款13噸級自卸車橋殼為研究對象,針對非線性接觸問題,應(yīng)用有限元軟件MSC.MARC做了詳細的初步分析,找出了危險區(qū)域;為了和傳統(tǒng)的計算方法對比,推導(dǎo)了彈性力學中基于厚壁圓筒模型假設(shè)的拉美公式,得出了過盈接觸的彈性力學解析解,并且和數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比,討論了拉美公式的局限性,驗證了數(shù)值模擬的準確性;結(jié)合廠家的失效統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),失效結(jié)果和上面的分析完全吻合,說明仿真的效果很好,有限元的數(shù)值模擬方法在此項目上比較有效。 在詳細研究橋殼非線性接觸問題的基礎(chǔ)上,根據(jù)驅(qū)動橋殼的實際工況,利用三組分析試驗,分析了橋殼受載情況下的應(yīng)力和變形情況,得出了橋殼和半軸套管的有效過盈量區(qū)間;并且根據(jù)此有效過盈量區(qū)間對橋殼的配合尺寸公差重新做了設(shè)計。 在前面得出的有效過盈量區(qū)間的基礎(chǔ)上,計算和分析了橋殼配合處原始設(shè)計和改進設(shè)計對產(chǎn)品的可靠度貢獻,運用可靠性理論知識對改進配合和原始配合的可靠度進行了詳細的計算,計算結(jié)果顯示可靠度的改善比較明顯。 前述分析中發(fā)現(xiàn)橋殼的中間主體區(qū)存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,這也是危險區(qū)域。本文對橋殼的這個部分進行了形狀優(yōu)化來減小應(yīng)力集中。優(yōu)化前通過試驗設(shè)計方法論證了非線性因素對這部分影響很弱,故本文中可以應(yīng)用線性模型來近似替代。利用先進的優(yōu)化軟件OPTISTUCT對橋殼的主體區(qū)進行了形狀優(yōu)化,得到了最佳的幾何輪廓,優(yōu)化后應(yīng)力集中得到了明顯改善。 最后,應(yīng)用疲勞分析軟件MSC.FATIGUE對優(yōu)化前后橋殼的壽命做了詳細的計算,對比了形狀優(yōu)化前后的壽命改變情況。 本課題通過有限元的仿真和優(yōu)化從原始的設(shè)計圖紙上做了改進,這對驅(qū)動橋殼的設(shè)計有很重要的指導(dǎo)意義。本文在仿真過程中結(jié)合嚴密的理論論證和效果檢驗,較完善地解決了橋殼存在的設(shè)計上的問題。
【學位單位】：重慶工學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2008
【中圖分類】：TH242
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 理論研究現(xiàn)狀
        1.2.1 非線性接觸問題有限元仿真研究現(xiàn)狀
        1.2.2 過盈聯(lián)結(jié)問題有限元仿真研究現(xiàn)狀
        1.2.3 有限元優(yōu)化問題研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文研究目的及主要內(nèi)容
        1.3.1 本論文研究目的
        1.3.2 本論文研究的主要內(nèi)容
第二章 橋殼的有限元分析
    2.1 非線性接觸理論及算法
    2.2 有限元模型的建立和模型初步分析
    2.3 彈性力學中厚壁圓筒理論對過盈接觸問題的解釋與其局限性
        2.3.1 對厚壁圓筒應(yīng)力公式（拉美公式）的推導(dǎo)
        2.3.2 有限元結(jié)果和彈性力學理論解對比
    2.4 各種不同工況下的接觸分析
        2.4.1 分析試驗分組
        2.4.2 第一組分析試驗
        2.4.3 第二組分析試驗
        2.4.4 第三組分析試驗
        2.4.5 優(yōu)化公差配合
    2.5 小結(jié)
第三章 橋殼過盈配合可靠度的計算
    3.1 原來公差和改進公差過盈量分布的計算
        3.1.1 加工尺寸的分布
        3.1.2 過盈量的分布
    3.2 可靠度的計算及分析
    3.3 小結(jié)
第四章 橋殼的形狀優(yōu)化
    4.1 優(yōu)化問題的提出
    4.2 解決方案
    4.3 網(wǎng)格隨移技術(shù)的介紹
    4.4 優(yōu)化的過程
        4.4.1 自由形狀優(yōu)化
        4.4.2 端蓋法蘭厚度優(yōu)化
    4.5 優(yōu)化的效果分析
    4.6 由網(wǎng)格導(dǎo)出的幾何形狀
    4.7 小結(jié)
第五章 橋殼的疲勞壽命分析
    5.1 疲勞分析概述
    5.2 車橋橋殼疲勞強度的數(shù)值模擬
        5.2.1 S-N 曲線的近似估計
        5.2.2 載荷
        5.2.3 平均應(yīng)力影響
        5.2.4 壽命分析結(jié)果
    5.3 小結(jié)
第六章 總結(jié)及展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的研究成果

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳元華;孫永剛;;基于“3σ”準則的汽車驅(qū)動橋殼可靠度有限元分析與優(yōu)化[J];農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程;2013年01期

本文編號：2889778