开题报告-基于有限元分析的汽车桥壳设计.doc

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）

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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