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CAE/模拟仿真 |
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某轻型车差速器壳体断裂CAE计算分析 |
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作者： |
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为找出某轻型车差速器壳体早期失效断裂的原因，我们对其进行了多种装配关系的对比分析，从而为判断失效原因和结构改进提供理论依据。
1 CAD建模和有限元模型处理
1.1 采用三维设计软件工具绘制该零件的三维数模，以便于进一步的结构强度分析和优化改进，模型见下图。 
1.2 通过ANSYS 软件专用接口将CAD 三维数模读入ANSYS WORKBENCH 分析环境当中。
1.3 材料特性及模型边界条件处理
根据结构实际运动状态，边界条件选择在一字轴孔和一字轴销孔处；该零件材料为QT450-10，弹性模量为1.73e5MPa，泊松比为0.3，密度为7.0e3kg/m3，屈服极限为310MPa，抗拉强度为450MPa。
1.4 载荷处理
根据设计载荷在模型上施加扭矩。
1.5 工况定义
考虑到实际结构的装配间隙情况，分三种极限工况，一是销轴与销轴孔间隙大于一字轴与一字轴孔间隙；二是销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙；三是销轴与销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙。
1.6 单元选择
考虑到该零件的断裂可能是由于局部应力集中过大造成的，本次分析采用实体单元，并尽量控制网格大小和密度，共划分为269456 个节点，88192个单元，得到CAE 网格模型如下图所示。
2 计算结果
2.1 三种工况最大应力值比较 
2.2 三周工况整体及局部应力云图
2.2.1 销轴与销轴孔间隙大于一字轴与一字轴孔间隙：
总体及局部应力分布图
2.2.2 销轴与销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙：
2.2.3 销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙：
3 结论
本文采用线弹性计算方法，同时也基于销轴、一字轴没有损坏的前提条件下对差速器壳体的强度进行分析，从计算分析结果来看，局部存在较大的应力集中问题，并且出现超过材料屈服极限的情况。
CAE 分析表明：
1、不同的装配间隙对局部的受力情况有很大影响，因此设计过程中应注意不同的间隙配合。
2、此外销轴孔处最大应力值位置和大小与销轴大小有关，本文是按照销轴与销轴孔长度一致计算。
3、较大应力主要发生在有销轴一侧，建议在设计改进中适当调整销轴孔位置，使其与一字轴相交处的壁厚内外均匀一些，同时可否考虑增加结构在此处的整体厚度。
4、三种情况最大应力值产生在销轴孔与一字轴孔相交处，并且处于内侧孔壁相对较薄的地方。
5、虽然最大应力值没有超过材料的强度极限450MPa ，但最大值都超过了屈服极限310MPa，在这种情况下极易导致疲劳损坏，实际结构在最大应力处也是处于交变载荷作用的，如果上述薄弱部位存在材质缺陷时更容易导致非正常结构失效。(end)
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(4/16/2010) |
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