開(kāi)題報(bào)告-240可編輯

PAGEPAGE1開(kāi)題報(bào)告題目名稱FF型轎車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真題目來(lái)源題目類型A導(dǎo)師姓名王宏江學(xué)生姓名王榮班級(jí)學(xué)號(hào)3080221005專業(yè)車輛工程1、課題背景和意義汽車懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，主要是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車架(或車身)的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)以保證汽車平順地行駛，并改善汽車操縱穩(wěn)定性[1]。同時(shí)，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。長(zhǎng)城炫麗2009款1.5cvt精英型vvt轎車采用的前懸架為麥弗遜試,即滑柱擺臂試懸架。這種前懸架的結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中的受力狀況都比較復(fù)雜。傳統(tǒng)的計(jì)算方法，則是基于材料力學(xué)經(jīng)典理論，建立懸架各元件的計(jì)算模型再進(jìn)行分析。這種方法往往帶有局限性，模型也常常過(guò)于簡(jiǎn)化，計(jì)算也過(guò)于粗糙、不很精確，從而不能確切的反映懸架各元件的力學(xué)性能，同時(shí)這種傳統(tǒng)的方法所耗周期比較長(zhǎng)，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的步伐。因此，迫切需要采取新的方法對(duì)其進(jìn)行深入的分析。本課題的研究意義在于通過(guò)對(duì)麥弗遜式懸架進(jìn)行有限元分析得到在各種典型工況下其結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布規(guī)律和變形情況，找出結(jié)構(gòu)中應(yīng)力值較大的關(guān)鍵點(diǎn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，分析麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)的合理性，得到結(jié)構(gòu)的薄弱部位，同時(shí)進(jìn)一步揭示各種載荷（垂直力、縱向力、制動(dòng)力和側(cè)向力）對(duì)麥弗遜式懸架應(yīng)力分布的影響，[3]并且提出懸架機(jī)構(gòu)優(yōu)化的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為懸架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)提供了必要參考數(shù)據(jù)，具有較好的參考價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，從60年代起，有限元法就開(kāi)始用于汽車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計(jì)算。1970年美國(guó)宇航局將NASTRAN有限元分析程序引入汽車結(jié)構(gòu)分析中，對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度有限元分析，減輕了車架的自重，是最早進(jìn)行車架輕量化的分析。當(dāng)前，國(guó)外各大汽車公司利用有限元軟件進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術(shù)己非常成熟，其工作重心己轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)分析、噪聲分析、碰撞分析等領(lǐng)域。特別是隨機(jī)激勵(lì)響應(yīng)分析備受青睞，主要是因?yàn)樗捎脕?lái)進(jìn)行車輛的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)舒適性和噪聲等方面的分析。我國(guó)于七十年代末八十年代初在高校和有關(guān)研究所開(kāi)始從事有限元法的研究和應(yīng)用，如長(zhǎng)春汽研所的谷安濤等人建立了車架的有限模型，并進(jìn)行了分析計(jì)算。當(dāng)時(shí)汽車行業(yè)研究工作主要集中在車架分析以及用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬大客車骨架等方面的工作。清華大學(xué)的田應(yīng)剛、周建明等，采用大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件ALGORFEAS系統(tǒng)對(duì)麥弗遜懸架進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，計(jì)算了在一些典型工況下的應(yīng)力分布，并就結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)(高應(yīng)力點(diǎn))的應(yīng)力對(duì)各方向載荷的敏感性進(jìn)行了分析。泛亞汽車技術(shù)中心的朱文學(xué)和同濟(jì)大學(xué)的鄭惠強(qiáng)、石來(lái)德，也是采用該軟件系統(tǒng)，對(duì)麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力分析和模態(tài)分析。研究表明，各種汽車的結(jié)構(gòu)件都可應(yīng)用有限單元法進(jìn)行靜態(tài)分析、固有特性分析和動(dòng)態(tài)分析，并且已從原來(lái)對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的靜態(tài)分析為主轉(zhuǎn)到要求以模態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析為主，甚至根據(jù)工程實(shí)際結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)要求進(jìn)行非線性分析。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在利用有限單元法求解分析汽車結(jié)構(gòu)，計(jì)算規(guī)模和計(jì)算機(jī)容量、計(jì)算速度，對(duì)各種通用實(shí)用程序來(lái)說(shuō)己不再作為主要矛盾。應(yīng)用中的一些難題，或者說(shuō)關(guān)系到有限元計(jì)算成功與否的關(guān)鍵，仍在于形成的計(jì)算模型中各種支承、連接怎樣與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符，以及載荷，特別是動(dòng)態(tài)分析中的激勵(lì)，怎樣反映實(shí)際情況。一般來(lái)說(shuō)，懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析可以分為零部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)分析兩種方法。[4]采用多體動(dòng)力學(xué)方法得到懸架硬點(diǎn)載荷，對(duì)單一結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方法稱為零部件級(jí)分析；以整個(gè)懸架為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮襯套、限位塊剛度以及零部件間相互運(yùn)動(dòng)的影響的分析方法稱為系統(tǒng)級(jí)分析方法。零部件級(jí)分析方法原理簡(jiǎn)單，而且容易將分析過(guò)程流程化、規(guī)范化，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性；系統(tǒng)級(jí)分析方法，由于能夠考慮幾乎所有的懸架本身特性，如非線性連接關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系等特性，因而可以得到更為準(zhǔn)確的分析結(jié)果。下面，我給大家介紹一下兩種方法的分析過(guò)程以及優(yōu)缺點(diǎn)。并從分析效率和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期角度出發(fā)，說(shuō)明了兩種方法適用的階段及作用。①零部件級(jí)的分析方法：一般來(lái)說(shuō)，在整車開(kāi)發(fā)的初期，最初確定的是一些重要硬點(diǎn)(部件與部件之間的連接點(diǎn))的位置及相關(guān)參數(shù)，然后由設(shè)計(jì)人員根據(jù)這些信息對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行初步概念設(shè)計(jì)，在此階段需要對(duì)單個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性進(jìn)行分析，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出改進(jìn)意見(jiàn)，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之逐步趨于合理。零部件分析的優(yōu)點(diǎn)：從分析規(guī)模上來(lái)看，單個(gè)零部件分析的計(jì)算時(shí)間短，占用空間小，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求不高，比較適合于設(shè)計(jì)初期結(jié)構(gòu)改進(jìn)中的多次反復(fù)分析驗(yàn)證。零部件分析的缺點(diǎn)：首先，對(duì)于懸架零部件的分析來(lái)說(shuō)，需要相關(guān)的受力分析提供載荷輸入，可以通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算輸出得到相關(guān)硬點(diǎn)的載荷。其次，在單個(gè)零部件的分析中，邊界條件是一個(gè)很難處理的問(wèn)題。邊界條件的正確與否，直接影響到分析結(jié)果的可信度。因此，零部件級(jí)方法要求分析人員對(duì)分析對(duì)象的各種特征、連接關(guān)系以及作用等有深刻的認(rèn)識(shí)。最后，當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，該方法不能給出正確的分析結(jié)果。這是因?yàn)槎囿w動(dòng)力學(xué)不能考慮結(jié)構(gòu)本身的塑性變形，多體動(dòng)力學(xué)即使引入柔性體，也僅限于線彈性變形范圍，因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性變形時(shí)，應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)方法無(wú)法得到正確的載荷數(shù)據(jù)，更無(wú)法保證應(yīng)力結(jié)果的正確性。零部件強(qiáng)度分析的一般分析思路為：獲取整車相關(guān)參數(shù)→建立前/后懸架的多體模型→動(dòng)力學(xué)分析提取硬點(diǎn)載荷→代入有限元模型中分析求解。②系統(tǒng)級(jí)分析方法：?jiǎn)蝹€(gè)零部件的分析只能考察零部件的品質(zhì)，很多零部件連接在一起，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)后，還要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行分析，即系統(tǒng)總成分析。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)總成的分析是在系統(tǒng)各個(gè)零部件的幾何模型確定后進(jìn)行的。系統(tǒng)總成分析的優(yōu)點(diǎn)：在系統(tǒng)總成的分析中，各個(gè)零部件都是以柔性體的形式存在，可以考慮各個(gè)零部件的變形對(duì)其它相鄰部件的影響，同時(shí)部件與部件連接處的模擬更接近真實(shí)情況，因此與單個(gè)零部件分析相比，總成分析的結(jié)果精度更高，指導(dǎo)意義更大。另外，從邊界和載荷條件來(lái)看，系統(tǒng)總成的約束條件比較簡(jiǎn)單，工況載荷比較容易計(jì)算。在懸架總成分析中，只需要對(duì)懸架與車身的連接點(diǎn)進(jìn)行約束就可以了，載荷主要作用在車輪中心，根據(jù)整車的相關(guān)參數(shù)可以很容易求得。系統(tǒng)總成分析的缺點(diǎn)：在系統(tǒng)總成分析中，需要提供比較準(zhǔn)確的彈性元件參數(shù)，比如橡膠襯套和彈簧，這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響著載荷在各個(gè)連接點(diǎn)的分配，進(jìn)而影響各零部件的應(yīng)力分布。另外，就系統(tǒng)總成的分析模型而言，其規(guī)模一般都很大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求高。系統(tǒng)總成分析的一般分析思路為：收集系統(tǒng)的模型參數(shù)(包括整車相關(guān)參數(shù)、各零部件的幾何模型和連接單元的剛度參數(shù)等)→建立各零部件的有限元模型→系統(tǒng)總成建模(主要是建立各零部件之間的連接關(guān)系)和邊界載荷條件的建立→分析求解。綜合各方面文獻(xiàn)，和相關(guān)的一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們可以得到這樣的結(jié)論：在結(jié)構(gòu)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力的條件下，零部件強(qiáng)度分析結(jié)果有著很高的精度，與總成分析結(jié)果相比，誤差比較小。為了分析質(zhì)量與效率，更好的服務(wù)與產(chǎn)品研發(fā)，建議在不同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段采用不同的分析方法，如在概念設(shè)計(jì)階段建議采用零部件級(jí)分析方法，而在設(shè)計(jì)后期采用系統(tǒng)級(jí)分析方法。3、課題主要內(nèi)容研究奧迪90懸架的運(yùn)動(dòng)性能，分析該車的定位參數(shù)與汽車性能的關(guān)系，并對(duì)定位參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，求解麥弗遜式懸架靜態(tài)時(shí)的受力情況。建立奧迪90懸架中的有限元模型，主要包括幾何模型的建立，單元類型的選取，網(wǎng)格劃分，載荷施加及邊界條件的處理等。根據(jù)有限元模型求解的結(jié)果，進(jìn)行有限元模型的結(jié)構(gòu)分析，包括靜力分析和模態(tài)分析兩方面。靜力分析主要用來(lái)分析前懸架結(jié)構(gòu)靜力特性，看其是否能滿足汽車結(jié)構(gòu)性能的要求；模態(tài)分析主要是，研究前懸架固有特性，探討其與整車的共振情況。探討前懸架的有限元分析的誤差原因，提出結(jié)構(gòu)的改進(jìn)意見(jiàn)，使前懸架具有更為合理的結(jié)構(gòu)性能，為懸架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種依據(jù)。課題研究方案在實(shí)驗(yàn)室找到奧迪90車的前懸架結(jié)構(gòu)，然后測(cè)量相關(guān)建模數(shù)據(jù)。利用測(cè)量到的數(shù)據(jù)，在CATIA軟件中建立奧迪90汽車懸架模型。將建立好的奧迪90前懸架模型導(dǎo)入軟件中。在ANSYS軟件環(huán)境下，對(duì)其進(jìn)行靜力有限元分析，通過(guò)軟件的后處理功能，獲得前懸架的變形和應(yīng)力分布等情況。進(jìn)一步對(duì)前懸架進(jìn)行模態(tài)分析。通過(guò)軟件的后處理功能，得到結(jié)構(gòu)的固有特性。在前面的研究分析的基礎(chǔ)上，分析有限元求解的誤差來(lái)源，并提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)。5、日程安排1-2周：熟悉課題，查找資料。完成開(kāi)題報(bào)告。3-6周：利用CATIA軟件建立桑塔納型轎車的前懸架的三維模型。7-10周：將建立的部分三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換到有限元軟件中，進(jìn)行了較完整的靜態(tài)分析。11-12周：模態(tài)分析。13-15周：寫論文，準(zhǔn)備答辯填表說(shuō)明:題目類型:1、工程設(shè)計(jì)；2、應(yīng)用研究；3、理論研究；4、其它；（選1、2、3、4）。題目來(lái)源:A、自擬課題；B、民用科研課題；C、國(guó)防科研課題；（選A、B、C）。開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容使用宋體小四字號(hào)。參考文獻(xiàn)：[1]張洪欣。汽車設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社，1988[2]張洪武。有限元分析與CAE技術(shù)基礎(chǔ)，2004[3]周中堅(jiān)，盧耀祖。機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)的有限元分析。同濟(jì)大學(xué)出版社，2002[4]張林波，徐有中，汽車懸架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析方法，2007[5]譚繼錦，汽車有限元法。人民交通出版社,2005[6][德]耶爾森?賴姆帕爾著，余卓平譯。汽車底盤基礎(chǔ)[7]懷自力,重型載貨車底盤主要總成的有限元分析研究,碩士論文2009[8]王卡，麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)的有限元分析，碩士論文，2008[9]AliRUseoffiniteelementtechniquefortheanalysisofcompositestructures，1996[10]ALagrangianfiniteelementmethodforsimulationofasuspensionunderplanarextensionalflow，2008[11]Improvementofelectromagneticsuspensionelements，1999指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師(簽字):