開題報告二級學(xué)院機電工程學(xué)院專業(yè)車輛工程（汽車設(shè)計與制造）班級姓名學(xué)號聯(lián)系方式題目基于有限元分析的汽車橋殼設(shè)計開題申請：一、選題意義與目的當(dāng)今汽車制造業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個重要手段就是變型設(shè)計,即以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ),保持其基本結(jié)構(gòu)和功能不變,對其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進行一定范圍內(nèi)的變動和調(diào)整,以此快速形成適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品。為保證驅(qū)動橋橋殼變型設(shè)計的可行性和工作的可靠性,在設(shè)計過程中必須對其應(yīng)力分布、變形、動態(tài)特性和疲勞壽命進行計算和校核。近年來,在計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元,分析方法為解決復(fù)雜的工程分析計算問題提供了有效途徑。隨著技術(shù)的大力推廣和企業(yè)的應(yīng)用,機械行業(yè)中的工程技術(shù)人員已逐步甩掉圖板,而將主要精力投身于如何優(yōu)化設(shè)計、提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量上來。于是計算機輔助工程分析的方法和軟件成為關(guān)鍵的技術(shù)要素。汽車產(chǎn)品開發(fā)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn),產(chǎn)品的開發(fā)周期從年、年、年發(fā)展到目前的年甚至更短的時間。其主要原因是計算機輔助造型、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工程分析、計算機輔助制造、計算機輔助試驗、計算機集成制造系統(tǒng)以及計算機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等一大批先進技術(shù)得到了應(yīng)用,從而迅速縮短了汽車業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)周期。二、文獻綜述大約在300年前，牛頓和萊布尼茨發(fā)明了積分法，證明了該運算具有整體對局部的可加性。雖然，積分與有限元技術(shù)對定義域的劃分是不同的，前者進行無限劃分而后者進行有限劃分，但積分運算為實現(xiàn)有限元技術(shù)準(zhǔn)備好了一個理論基礎(chǔ)。在牛頓之后約100年，著名數(shù)學(xué)家高斯提出了加權(quán)余值法及線性代數(shù)方程組的解法。這兩項成果的前者被用來將微分方程改寫為積分表達式，后者被用來求解有限元法所得出的代數(shù)方程組。在18世紀(jì)，另一位數(shù)學(xué)家拉格朗提出泛函分析。泛函分析是將偏數(shù)分方程改寫為積分表達式的另一途徑。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，數(shù)學(xué)家瑞雷和里茲首先提出可對全定義域運用展開函數(shù)來表達其上的未知函數(shù)。1915年，數(shù)學(xué)家伽遼金提出了選擇展開函數(shù)中形函數(shù)的伽遼金法，該方法被廣泛地用于有限元。1943年，數(shù)學(xué)家?guī)炖实碌谝淮翁岢隽丝稍诙x域內(nèi)分地使用展開函數(shù)來表達其上的未知函數(shù)--有限元法。至此實現(xiàn)有限元技術(shù)的第二個理論基礎(chǔ)也已確立。20世紀(jì)50年代，飛機設(shè)計師們發(fā)現(xiàn)無法用傳統(tǒng)的力學(xué)方法分析飛機的應(yīng)力、應(yīng)變等問題。波音公司的一個技術(shù)小組，首先將連續(xù)體的機翼離散為三角形板塊的集合來進行應(yīng)力分析，經(jīng)過一番波折后獲得前述的兩個離散的成功。20世紀(jì)50年代，大型電子計算機投入了解算大型代數(shù)方程組的工作，這為實現(xiàn)有限元技術(shù)準(zhǔn)備好了物質(zhì)條件。1960年前后，美國的R.W.Clough教授及我國的馮康教授分別獨立地在論文中提出了“有限單元”。這樣的名詞。此后，這樣的叫法被大家接受，有限元技術(shù)從此正式誕生。以汽車后橋為例,研究了雜交系統(tǒng)的動力學(xué)分析問題,推導(dǎo)了其振動微分方程,并用有限元法建立了其動力學(xué)分析模型。利用該模型可對汽車后橋系統(tǒng)進行模態(tài)分析和動力響應(yīng)分析。文獻根據(jù)汽車振動及有限元理論,建立了橋殼動態(tài)分析的力學(xué)模型,利用有限元分析軟件,建立橋殼的有限元動態(tài)模型,并進行了有限元的模態(tài)分析和瞬時動態(tài)分析。在模態(tài)分析中,橋殼有限元模型的固有頻率及振型的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好在瞬態(tài)分析中,確定橋殼上各點承受隨時間變化載荷的位移及應(yīng)力等動態(tài)響應(yīng),從而完善了車橋的有限元動態(tài)設(shè)計方法。也有許多文獻討論橋殼的優(yōu)化設(shè)計。東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心的唐述斌,谷莉按經(jīng)驗對汽車的后橋橋殼厚度進行減薄,然后通過計算和試驗進行校核,取得了減重的效果東南大學(xué)的羊扮,孫慶鴻等人應(yīng)用軟件對影響驅(qū)動橋殼強度和剛度的因素進行了研究,并進行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后的橋殼本體厚度由降至,質(zhì)量減輕了。三、研究現(xiàn)狀1、國內(nèi)研究現(xiàn)狀過去我國主要采用對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗來考核其強度和剛度,有時采用橋殼上貼應(yīng)變片的電測方法,讓汽車在選定的典型路段上滿載行駛,以測定橋殼的應(yīng)力但這些方法都是在有橋殼樣品的情況下才能采用。傳統(tǒng)的驅(qū)動橋橋殼設(shè)計方法,是將其看成簡支梁并校核特定斷面的最大應(yīng)力值。但這種方法不可避免的經(jīng)驗性、局限性和盲目性已經(jīng)暴露出來。有限元法是一種現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)計算方法。在國外,世紀(jì)年代前后,這種方法就逐漸為汽車零件的強度分析所采用,對汽車驅(qū)動橋殼的強度分析也不例外。例如,日本有的公司對橋殼的設(shè)計要求是在倍滿載軸荷的作用下,各斷面彈簧座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪毅內(nèi)軸承根部圓角處的應(yīng)力不應(yīng)超過其材料的屈服極限。國內(nèi)也出現(xiàn)很多利用有限元軟件對驅(qū)動橋橋殼建模并進行強度和剛度計算的例子。借助以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代設(shè)計方法使驅(qū)動橋殼設(shè)計更豐富深入合理。通常在提高橋殼強度的方案選擇上,大體上有三種觀點使用高強度合金材料。通過合理的熱處理,提高橋殼抵抗破壞的能力。加大橋殼尺寸,提高橋殼的抗彎截面模量。許多專家對此問題做過深入研究,提出了寶貴的方案,但最終都傾向于從結(jié)構(gòu)上解決問題。近些年來,許多研究人員與企業(yè)聯(lián)合,利用有限元法對驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)進行各種工況的研究工作和疲勞壽命分析。但與國外的研究相比有較大差距,主要表現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)輕量化所帶來的社會效益和經(jīng)濟效益認(rèn)識不夠用先進的設(shè)計理念指導(dǎo)實際設(shè)計生產(chǎn)的意識淡薄先進設(shè)計理念的實際應(yīng)用較少,導(dǎo)致新制造工藝開發(fā)缺乏動力,新工藝對結(jié)構(gòu)輕量化的貢獻沒有體現(xiàn)出來是按照經(jīng)驗修改主要部件的參數(shù)尺寸,往往只校核在一般靜態(tài)工況下的強度、剛度國內(nèi)用于研究的硬軟件設(shè)施落后,科研力量較弱。2、國外研究現(xiàn)狀1990年10有美國波音公司開始在計算機上對新型客機B-777進行“無紙化設(shè)計”，僅用了三年半時間，于1994年4月第一架B-777就試飛成功，這在制造技術(shù)史上具有劃時代的意義，其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計和評判中就大量采用了有限元分析這一手段。在有限元分析的發(fā)展初期，由于其基本思想和原理的“簡單”和“樸素”，以至于許多學(xué)術(shù)權(quán)威都對其學(xué)術(shù)價值有所鄙視，國際著名刊物JournalofAppliedMechanics許多年來都拒絕刊登有關(guān)有限元分析的文章。然而現(xiàn)在，有限元分析已經(jīng)成為數(shù)值計算的主流，不但國際上存在如ANSYS等數(shù)種通用有限元分析軟件，而且涉及有限元分析的雜志也有幾十種。四、創(chuàng)新思路有限元法的使用在我國制造業(yè)中起步較晚,目前普及還不是很廣,在汽車的設(shè)計、制造和改進過程中仍主要依靠傳統(tǒng)的手段。這一方面造成局部材料強度余量較大而又無法及早判斷出材料浪費程度的情況另一方面對車輛實際使用過程中出現(xiàn)的局部強度不足的問題,只能采取“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”的局部加強方案,而且需要進行多次全面的實車試驗才能確定其有效性。過去,國內(nèi)驅(qū)動橋橋殼設(shè)計主要采用的手段是參考傳統(tǒng)樣車或者舊車型的樣品模式,這種方法不僅費用大、試制周期長、經(jīng)驗多于實踐、缺乏科學(xué)性,而且也不可能對多種方案進行評價。驅(qū)動橋橋殼是一個十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu),用經(jīng)典力學(xué)方法不可能得到精確的解答,特別是在設(shè)計初期,又不可能有實測數(shù)據(jù)。因此,以往的設(shè)計基本上是依賴于經(jīng)驗和類比,缺乏建立在力學(xué)特性強度、剛度等分析基礎(chǔ)上的科學(xué)判據(jù),設(shè)計方法有待提高。有限元設(shè)計方法是迄今為止國內(nèi)、外使用最為普遍、最為經(jīng)濟有效的輔助手段,它所包括的有限元輔助設(shè)計、有限元輔助分析等一系列內(nèi)容,可極大地減少資源投入、縮短工作周期,而且在工作者認(rèn)真細致的工作作風(fēng)下,可保證較高的準(zhǔn)確性和與實際情況十分理想的吻合程度。因而在汽車設(shè)計制造和改進過程中引入有限元法是十分必要的。本次畢業(yè)設(shè)計首先以五十鈴牌輕型貨車的驅(qū)動橋為基礎(chǔ)，通過Pro/e對其進行三維設(shè)計建立模型，然后通過軟件自身轉(zhuǎn)換格式的接口導(dǎo)入.STP格式，再導(dǎo)入ANSYS進行材料加載，接著進行網(wǎng)格劃分和定義受力位置、方向，最后獲得整體變形圖、應(yīng)力和應(yīng)變圖等結(jié)果圖。五、論文提綱一、緒論1、研究背景2、研究的意義與目的3、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、有限元法理論及其在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

1、有限元法的概述

2、有限元法的應(yīng)用三、汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡介及三維模型建立

1、汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)介紹

2、驅(qū)動橋橋殼模型的建立四、橋殼結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

1、導(dǎo)入幾何體

2、定義橋殼單元材料屬性

3、有限元模型網(wǎng)格劃分原則4、橋殼結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)格劃分的具體方法5、施加載荷與約束6、結(jié)果后處理7、保存與退出五、橋殼疲勞壽命的有限元分析1、疲勞分析簡介2、疲勞分析3、保存與退出六、如何加強中國汽車應(yīng)用CAE設(shè)計與改進七、結(jié)論1、參考文獻2、致謝3、附圖六、進度安排序號任務(wù)名稱開始時間結(jié)束時間備注1公布畢業(yè)題目，組織選題2015-11-12015-11-142學(xué)生做開題報告2015-11-152015-11-283在老師指導(dǎo)下撰寫畢業(yè)論文2015-11-292016-3-124完成初稿，中期檢查2016-3-132016-3-195繼續(xù)撰寫論文，完成2,3稿2016-3-202016-4-96在老師指導(dǎo)下完成畢業(yè)論文最終稿2016-4-102016-4-237審閱及評定成績2016-4-242016-4-308組織答辯2016-5-12016-5-79歸檔2016-5-82016-5-1410總結(jié)2016-5-152016-5-21七、參考文獻1、ANSYSWorkbench15.0完全自學(xué)一本通許進峰電子工業(yè)出版社20142、ANSYSWorkbench14.0結(jié)構(gòu)分析快速入門、進階與精通管曉偉電子工業(yè)出版社20143、汽車設(shè)計王望予機械工業(yè)出版社20044、汽車設(shè)計劉惟信清華大學(xué)出版社20015、汽車?yán)碚撚嘀旧鷻C械工業(yè)出版社20006、汽車CAD/CAE技術(shù)基礎(chǔ)與實例羊玢國防工業(yè)出版社20137、ANSYSWorkbench工程應(yīng)用案例精通陳艷霞陳磊電子工業(yè)出版社20128、工程力學(xué)教程篇周松