汽車軸類零件材質非均勻力學特性的有限元分析與數(shù)值模擬.pdf

1、軸類零件是汽車動力傳動系統(tǒng)中重要的部件。由于加工制造過程中各種隨機因素的影響，多數(shù)軸類零件的材質是非均勻的。傳統(tǒng)的有限元方法假設材料是均勻的，這種方法無法反映材料性質的非均勻性；現(xiàn)有的非均勻模型通過將本構關系賦給每個單元來模擬材料的非均勻性，這種確定性模型無法反映材料性質的隨機性。需要建立新的模型對材質非均勻軸類零件的力學性能進行分析計算，以便給出比較可靠的結構安全設計。本文結合統(tǒng)計技術建立了新的軸類零件計算模型，采用有限元方法模擬了汽

2、車軸類零件的材質非均勻力學特性。模擬方法對非均勻力學的數(shù)值模擬有一定的參考意義，模擬結果對于工程計算和提高整車可靠性具有一定的指導作用。 在分析了汽車軸類零件常見材質非均勻特征的基礎上，推導了表征非均勻特征的剛度矩陣和有限元方法。通過一定的簡化，利用UG和ANSYS軟件建立了軸類零件的模型并進行了網(wǎng)格劃分。單元的彈性模量和泊松比由按照統(tǒng)計分布生成的相應離散序列隨機地確定以反映材料性質的非均勻性。 對該模型施加適當?shù)募s束和

3、載荷，通過預前共軛梯度法，計算得到了軸類零件在常見工況-彎曲和扭轉載荷作用下的位移、應力、應變等力學特性。結果表明：楊氏模量的非均勻對軸的總位移影響較小，對軸的應力、應變影響較大；材料性質越不均勻，軸的最大應力越大，整體性能越差；材料性質的不同概率分布對最大應力的影響存在一定的差別。 基于應力分析結果，通過ANSYS/Workbench軟件，計算得到了材質非均勻軸類零件的疲勞壽命。結果表明材質的非均勻會極大地降低軸類零件的使用壽