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基于整车刚柔耦合模型的变速器箱体动态载荷分析

作　者: 何林英
导　师: 闵海涛
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 动力学仿真刚柔耦合汽车变速器箱体动载荷
分类号: U463.212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文结合长春市科技局科技支撑计划项目“基于载荷谱的汽车变速箱结构拓扑优化集成技术研究与产品开发”开展研究工作。针对轻型载货汽车行驶路况复杂、载荷多变等特点,以及目前汽车总成及零部件产品设计过程中关键总成柔性化对其动态特性的影响考虑不足等问题,重点研究路面不平度激励下整车及关键总成的动态载荷特性。首先,在综述刚柔耦合系统动力学在汽车机械领域的研究现状和发展趋势基础上,提出利用固定界面模态综合法分析整车刚柔耦合系统动力学特性的研究思路;并对刚柔耦合系统动力学基础理论和仿真求解软件ADAMS进行了论述,着重介绍了刚柔耦合系统模型的建立和ADAMS中求解刚柔耦合系统模型采用的Craig-Bampton固定界面模态综合法,为整车刚柔耦合动力学模型的建立与仿真求解奠定了基础。随后,运用ADAMS/Car和Hypermesh软件建立了某轻型载货汽车刚柔耦合动力学模型。针对各总成具体结构特点建立了车辆前悬架、后悬架、动力总成、转向系、车体、轮胎等子系统模型;并借助固定界面模态综合法,采用Hypermesh建立了变速器箱体和钢板弹簧的有限元分析模型,在利用试验模态对计算模态进行验证后装配建立了整车刚柔耦合动力学模型,并根据整车脉冲输入行驶和随机输入行驶试验的实测数据对仿真结果进行了定性验证。最后,按照路面不平度理论建立了路面不平度在纵向、侧向均随机分布的三维道路模型;仿真分析了车辆不同行驶工况下变速器箱体的动态载荷特性。研究结果表明,当车辆在B级路面以60Km/h速度行驶时,其动载荷最大值比静载荷提高了约65%;且车速是影响箱体动载荷的重要因素,车辆以70Km/h行驶产生的动载荷均方根值较50Km/h时提高了约25%。应用本文所提取的变速器箱体动载荷对其进行了动、静载荷下结构刚强度对比分析,分析结果表明动载荷作用下箱体最大位移和最大应力较静载下均有大幅提高;且相比于静载下箱体变形主要为各轴端的局部变形,而动载荷下箱体以整体绕纵向的扭转变形为主。同时应用本文所提取的变速器箱体动载荷进行了箱体结构优化设计,产生了良好的工程实际效果。论文通过运用汽车动力学原理及仿真分析手段,分别在整车刚柔耦合动力学建模、整车动力学仿真与试验验证、变速器箱体动态载荷分析与应用等方面进行了研究工作,并将研究成果应用到箱体产品的定型和生成,实现了产品在保证使用寿命前提下的轻量化,为建立集成CAE分析技术的虚拟产品数字化开发流程奠定了基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题研究背景、来源及意义  11-13
  1.2 课题相关研究现状  13-19
    1.2.1 汽车动力学研究概况  13-15
    1.2.2 刚柔耦合动力学在汽车机械领域的研究概况  15-19
  1.3 课题研究的内容  19-21
第2章刚柔耦合动力学建模  21-35
  2.1 多体系统动力学简介  21-22
    2.1.1 多刚体系统动力学  21
    2.1.2 多柔体系统动力学  21-22
  2.2 刚柔耦合系统动力学理论基础  22-30
    2.2.1 刚柔耦合系统模型的建立  22-26
    2.2.2 刚柔耦合系统模型的求解——模态综合法  26-30
  2.3 刚柔耦合仿真分析软件——ADAMS  30-34
    2.3.1 ADAMS 软件简介  30-31
    2.3.2 ADAMS 分析原理  31-32
    2.3.3 ADAMS 计算流程  32-34
  2.4 本章总结  34-35
第3章整车及关键总成试验研究  35-45
  3.1 整车道路试验测试  35-41
    3.1.1 试验内容、对象及条件  35-37
    3.1.2 试验仪器  37
    3.1.3 整车脉冲输入行驶试验方法及结果  37-39
    3.1.4 整车随机输入行驶试验方法及结果  39-41
  3.2 变速器箱体模态试验  41-44
    3.2.1 试验对象和设备  41-42
    3.2.2 试验方法  42-43
    3.2.3 试验结果  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章整车虚拟样机建模与仿真验证  45-67
  4.1 ADAMS/Car 建模基础  45-48
    4.1.1 ADAMS/Car 简介  45-46
    4.1.2 模态综合法创柔性体  46-47
    4.1.3 整车建模准备  47-48
  4.2 整车刚柔耦合动力学建模  48-62
    4.2.1 前悬架模型  48-52
    4.2.2 后悬架模型  52-55
    4.2.3 动力总成模型  55-57
    4.2.4 转向系模型  57-59
    4.2.5 车体模型  59-60
    4.2.6 轮胎模型  60-61
    4.2.7 整车模型组装  61-62
  4.3 整车模型仿真与验证  62-66
    4.3.1 整车脉冲激励仿真与验证  62-64
    4.3.2 整车随机路面工况仿真与验证  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章动载荷提取与应用  67-81
  5.1 三维随机道路建模  67-71
  5.2 动载荷提取与分析  71-76
    5.2.1 车辆动载评价指标  71
    5.2.2 动载荷仿真分析  71-76
  5.3 基于动载荷的箱体结构优化设计  76-80
  5.4 本章小结  80-81
第6章全文总结和研究展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87

基于整车刚柔耦合模型的变速器箱体动态载荷分析

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