ansys_workbench在橋殼失效原因分析中的應(yīng)用

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1、ANSYS_WORKBENCH在橋殼失效原因分析中的應(yīng)用發(fā)表時(shí)間：2008-8-9?作者:特約撰稿人郭迎春??來源:e-works關(guān)鍵字:Ansys?WORKBENCH?橋殼強(qiáng)度?遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司開發(fā)的65型驅(qū)動(dòng)橋橋殼在順利完成臺(tái)架強(qiáng)度、剛度試驗(yàn)后，在進(jìn)行疲勞耐久性試驗(yàn)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)個(gè)別橋殼在橋管與半軸套管焊接處出現(xiàn)局部早期開裂，導(dǎo)致疲勞壽命無法全部滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和用戶要求，而且存在同一批次的幾根試驗(yàn)橋，壽命差距很大，為找出此現(xiàn)象原因，我們利用ANSYS_WORKBENCH軟件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)分析，并結(jié)合其它檢測(cè)手段，印證了該處早期破壞的主要原因是由于個(gè)別橋殼

2、在該處的焊接質(zhì)量不好造成的。[摘要]遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司開發(fā)的65型驅(qū)動(dòng)橋橋殼在順利完成臺(tái)架強(qiáng)度、剛度試驗(yàn)后，在進(jìn)行疲勞耐久性試驗(yàn)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)個(gè)別橋殼在橋管與半軸套管焊接處出現(xiàn)局部早期開裂，導(dǎo)致疲勞壽命無法全部滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和用戶要求，而且存在同一批次的幾根試驗(yàn)橋，壽命差距很大，為找出此現(xiàn)象原因，我們利用ANSYS_WORKBENCH軟件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)分析，并結(jié)合其它檢測(cè)手段，印證了該處早期破壞的主要原因是由于個(gè)別橋殼在該處的焊接質(zhì)量不好造成的。1前言遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司研制生產(chǎn)的65型驅(qū)動(dòng)橋，是為國(guó)內(nèi)主機(jī)廠配套的主要車橋產(chǎn)品，在研制之初臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，發(fā)

3、現(xiàn)同一批次的產(chǎn)品疲勞壽命相差很大，有近一半樣件不能滿足疲勞壽命要求，出現(xiàn)早期斷裂。為找到失效原因，在對(duì)失效樣橋斷口進(jìn)行分析后，初步判斷可能是由于焊接質(zhì)量不高，導(dǎo)致局部缺陷而影響了整橋壽命，為驗(yàn)證這一初步分析結(jié)論，并為后續(xù)裝車實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品定型和批量生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供理論指導(dǎo)，我們利用ANSYS_WORKBENCH軟件中的接觸功能對(duì)該橋的不同焊接質(zhì)量進(jìn)行了有限元模擬分析。2國(guó)內(nèi)外汽車驅(qū)動(dòng)橋橋殼分析的研究和發(fā)展概況汽車的驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)

4、，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。在一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括橋殼、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及主減速器等部件。驅(qū)動(dòng)橋橋殼，是汽車上的重要零部件之一，而非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼又同時(shí)起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。在汽車行使過程中，橋殼承受復(fù)雜的載荷作用，作用驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋殼既是承載件又是主要的傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置（如半軸）的外殼，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋橋殼這樣幾何形狀與組成、加工工藝與工序

5、等都比較復(fù)雜的機(jī)械零部件，由于受載后的應(yīng)力分布，疲勞性能一般不太容易通過標(biāo)準(zhǔn)試件的試驗(yàn)得到，理論計(jì)算也難以把各種工藝條件等都反映在其分析模型中。因此在它們的制造過程中，為了保證一些關(guān)鍵工藝的質(zhì)量（如沖壓質(zhì)量、焊接質(zhì)量等），往往規(guī)定要定期從生產(chǎn)線中隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行實(shí)物橋殼的垂直彎曲剛度、彎曲靜強(qiáng)度、疲勞等一系列試驗(yàn)。根據(jù)各種試驗(yàn)中出現(xiàn)的應(yīng)力集中位置、疲勞裂紋位置、長(zhǎng)度來判別、認(rèn)可產(chǎn)品的制造質(zhì)量。這是一個(gè)反復(fù)修改和調(diào)整的過程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果在設(shè)計(jì)或檢測(cè)過程中，建立驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元模型，在計(jì)算機(jī)上模擬相關(guān)試驗(yàn)，再通過小部分抽樣實(shí)驗(yàn)，則會(huì)使設(shè)計(jì)和檢測(cè)過程縮短，減少抽樣數(shù)目，降

6、低生產(chǎn)成本，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。365型驅(qū)動(dòng)橋橋殼的3D實(shí)體模型和有限元模型建立3.1橋殼的結(jié)構(gòu)組成及3D實(shí)體模型的建立。65型橋殼屬于整體式鋼板沖壓焊接式橋殼。CAD裝配設(shè)計(jì)圖如圖3.1所示圖3.1二維CAD工程裝配圖利用PRO/E軟件進(jìn)行3D建模后通過接口讀入ANSYS_WORKBENCH后進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化得到的幾何模型如圖3.2所示。圖3.2導(dǎo)入ANSYSWORKBENCH中的3D幾何裝配圖3.2有限元分析模型的建立利用已經(jīng)簡(jiǎn)化好的幾何模型，在ANSYS_WORKBENCH內(nèi)對(duì)其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后得到總計(jì)154729個(gè)單元，363277個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限元

7、計(jì)算模型如圖3.3所示：圖3.3簡(jiǎn)化后有限元網(wǎng)格模型3.3橋殼主要材料參數(shù)橋殼本體材料采用B510L，彈性模量為200GPa；泊松比0.3；屈服應(yīng)力355MPa，屈服極限610MPa。4驅(qū)動(dòng)橋的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)果初步判定4.1臺(tái)架試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)要求臺(tái)架試驗(yàn)是為了取得汽車零件是否達(dá)到預(yù)期性能的判斷數(shù)據(jù)，因此要選擇能正確反映實(shí)際性能的方法。本文采用《中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》QC/T533一1999汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)試驗(yàn)方法。(l)試驗(yàn)?zāi)康模簷z查驅(qū)動(dòng)橋橋殼的垂直彎曲剛度和垂直彎曲強(qiáng)度，計(jì)算其抗彎后備系數(shù)。(2)試驗(yàn)樣橋：共取同一批次試驗(yàn)樣橋五根。(