基于协同仿真环境的货车驱动桥壳有限元分析

0 引言

    驱动桥壳作为载货汽车的主要部件之一，起着承载荷重和传递作用力的作用。驱动桥壳的质量与性能直接影响着汽车的整体性能，这就要求驱动桥壳具有足够的强度、刚度，进而保证汽车行驶的平稳性。但是由于驱动桥壳的形状复杂及使用条件千变万化，利用传统方法计算其应力和变形比较困难。近年来，利用有限元法对驱动桥壳进行计算与分析已经广泛应用。

    针对某型载货汽车驱动桥壳出现失效的现象，有必要对其失效原因等进行分析，采用有限元方法对其进行有限元分析正是一种非常有效的途径。为了能够更加准确的反映驱动桥壳的实际工作状况，本文分析方法基于协同仿真环境进行；且采用带有钢板弹簧、主减速器壳等组件装配后的装配体作为分析模型，相对传统的仅对单一桥壳模型分析更接近汽车的实际工作状况。可以相对准确的反映出钢板弹簧、主减速器壳等对桥壳的影响，从而更加准确的得到桥壳应力和变形的计算结果，这为桥壳结构定型、改进和优化等都提供了更为可靠的依据。

1 驱动桥壳有限元模型的建立

    顺利的完成驱动桥壳有限元分析的前提是创建合适的有限元模型，而创建有限元模型的首要工作是建立实体模型。

    1.1 桥壳三维实体模型的建立

    直接运用ANSYS Workbench对结构复杂的驱动桥模型进行实体建模存在很大的难度。由于创建的实体模型可以直接导入到ANSYS Workbench，因此，本文借助强大的三维建模能力，创建驱动桥的实体模型。在中按照工程图纸依次创建主减速器壳、钢板弹簧、板簧座和桥壳的实体模型，装配后完整驱动桥装配体模型如图1所示。

图1 完整驱动桥装配体模型

    完整驱动桥装配体模型中板簧数量较多，会使得创建的有限元模型网格数量过多，计算难度大，甚至可能因网格数量太多而无法进行分析计算。鉴于本次分析的对象是驱动桥壳，而非钢板弹簧，因此在保持板簧性能参数不变的情况下将实际的多片板簧简化成单片，并省略模型中对分析结果影响不大的结构，如：焊缝、注油孔等。

    1.2 有限元分析前处理

    有限元分析前处理在整个有限元分析过程中起着至关重要的作用，是保证有限元分析结果准确性的必要条件。将创建的驱动桥壳实体模型导入到ANSYS Workbench后，使用其前处理模块对模型进行有限元分析的前处理工作，包括定义单元类型、定义材料属性、网格划分等。