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CAE/模拟仿真 |
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HyperMesh在分动器壳体强度计算中的应用 |
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作者： |
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应用 Altair HyperMesh 分析分动器壳体的应力分布，验证应力值是否超过材料的屈服极限，同时提出设计的改进建议。
1 分析目的
某汽车的分动器壳体由特殊材料制成。现在通过有限元来分析分动器壳体的应力分布，验证应力值是否超过材料的屈服极限。
2 有限元模型的建立和计算分析
图 1 为分动器壳体模型的俯视图。分动器壳体由前后两个壳体组成，图中前面的壳为分动器的前壳体，后面的壳为分动器的后壳体。图中上面的小孔中前面的为前壳体输入轴孔，后面的为后壳体输入轴孔；下面的大孔中前面的为前桥输出轴孔，后面的为中后桥输出轴孔。
应用 HyperMesh 对分动器壳体进行有限元分析。计算时，壳体本身由四面体的固体单元组成，单元尺寸为 3mm。分动器的前后壳体用刚性连接单元连接。本模型中节点总数为507261，单元总数为 2184372，刚性单元总数为 71。现在已知分动器的孔受与孔半径垂直的切向力 Ft，平行于孔半径的径向力 Fr和垂直于孔面的轴向力 Fa。在计算中，假定径向力与切向力的合力的接触面是 90 度圆弧，并以均布载荷 PI和 PO的形式加载到模型的输入轴孔和输出轴孔上，而轴向力 Fa以集中力的形式加载到模型上。
分动器壳体两端支座被其他部件在支座表面卡住。在模型中，对支座表面（包括支座表面上的螺栓孔）上的所有节点施加 6 个自由度的约束。图 2，图 3 给出了施加边界条件后的前壳体和后壳体有限元模型图。
图2 施加边界条件后的前壳体有限元模型
图3 施加边界条件后的后壳体有限元模型
对模型进行计算，图 4 为计算得到的分动器上的应力分布。从图 4 和图 5 中可以看出，模型中的最大应力在分动器支座左上角和前后壳体连接的部分，此处应力值超过了材料的屈服极限，而分动器其他部位的应力值均小于屈服极限。从图 6 可以看出，另一端支座右上角附近的应力值比该支座其他部位的应力值要大。图 5 和图 6 说明了支座的尖角对应力值的影响较大，而两端支座周围筋上的应力值虽然没有超过屈服极限，但筋与支座连接的部位的应力水平比支座的其他部位的应力水平要高。
3 结论
从以上分析可以得出以下结论：用特殊材料制成的分动器壳体基本满足强度要求；对于应力值超过屈服极限的部分，建议设计人员将支座的尖角修平，以达到减小局部应力水平的要求，同时减少支座附近筋的使用，简化分动器结构。(end)
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(12/7/2007) |
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