汽車軸類零件材質(zhì)非均勻力學(xué)特性的有限元分析與數(shù)值模擬.pdf

1、軸類零件是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的部件。由于加工制造過(guò)程中各種隨機(jī)因素的影響，多數(shù)軸類零件的材質(zhì)是非均勻的。傳統(tǒng)的有限元方法假設(shè)材料是均勻的，這種方法無(wú)法反映材料性質(zhì)的非均勻性；現(xiàn)有的非均勻模型通過(guò)將本構(gòu)關(guān)系賦給每個(gè)單元來(lái)模擬材料的非均勻性，這種確定性模型無(wú)法反映材料性質(zhì)的隨機(jī)性。需要建立新的模型對(duì)材質(zhì)非均勻軸類零件的力學(xué)性能進(jìn)行分析計(jì)算，以便給出比較可靠的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)。本文結(jié)合統(tǒng)計(jì)技術(shù)建立了新的軸類零件計(jì)算模型，采用有限元方法模擬了汽

2、車軸類零件的材質(zhì)非均勻力學(xué)特性。模擬方法對(duì)非均勻力學(xué)的數(shù)值模擬有一定的參考意義，模擬結(jié)果對(duì)于工程計(jì)算和提高整車可靠性具有一定的指導(dǎo)作用。 在分析了汽車軸類零件常見(jiàn)材質(zhì)非均勻特征的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了表征非均勻特征的剛度矩陣和有限元方法。通過(guò)一定的簡(jiǎn)化，利用UG和ANSYS軟件建立了軸類零件的模型并進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。單元的彈性模量和泊松比由按照統(tǒng)計(jì)分布生成的相應(yīng)離散序列隨機(jī)地確定以反映材料性質(zhì)的非均勻性。 對(duì)該模型施加適當(dāng)?shù)募s束和

3、載荷，通過(guò)預(yù)前共軛梯度法，計(jì)算得到了軸類零件在常見(jiàn)工況-彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)特性。結(jié)果表明：楊氏模量的非均勻?qū)S的總位移影響較小，對(duì)軸的應(yīng)力、應(yīng)變影響較大；材料性質(zhì)越不均勻，軸的最大應(yīng)力越大，整體性能越差；材料性質(zhì)的不同概率分布對(duì)最大應(yīng)力的影響存在一定的差別。 基于應(yīng)力分析結(jié)果，通過(guò)ANSYS/Workbench軟件，計(jì)算得到了材質(zhì)非均勻軸類零件的疲勞壽命。結(jié)果表明材質(zhì)的非均勻會(huì)極大地降低軸類零件的使用壽