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汽车转向节有限元分析与优化设计
| 论文题名： | 汽车转向节有限元分析与优化设计 |
| 关键词： | 汽车转向节;有限元分析技术;结构优化设计;模态分析;分析模块;载荷计算方法;结构静力学;结构动力学;设计模块;强度分析;几何边界条件;优化设计方法;结构形状优化;工况;四面体单元;重大专项;振动特性;载荷施加;载荷情况;约束条件 |
| 摘要： | 转向节是汽车底盘中的重要零件之一，它与汽车的悬架、前车轴、转向系传动机构和制动器相连接，具有承受汽车前部载荷、带动前轮实现汽车转向等功能。本文在回顾了汽车转向节研究现状和趋势的基础上，应用有限元分析技术和结构优化设计方法，以浙江省重大专项《多车型共享底盘平台数字化开发技术及应用》为背景，分析了某汽车转向节的结构、约束与载荷情况，开展了转向节的强度分析、模态分析和优化设计等研究。论文的主要工作和成果如下： 1.在ANSYS中利用APDL语言建立了转向节的分析计算模型。在ANSYS软件中利用APDL参数化建模方法，建立了转向节分析的几何模型，采用10节点四面体单元SOLID92进行网格划分，并以多点约束单元MPC184处理了各类边界条件和载荷施加。所建立的转向节分析模型抓住了转向节结构的特征，反映了结构的特点和约束载荷状况；所编写的APDL程序具有易读性、可修改性和配套性等优点，为实际应用提供了基础。 2.利用ANSYS结构静力学分析模块进行了转向节强度分析。在对转向节约束、载荷进行分析的基础上，按照汽车行驶中三种典型工况的名义载荷计算方法，利用ANSYS结构静力学分析模块得到了各种工况条件下的应力云图与变形图，并分析了各种工况下转向节的受载情况和应力分布，结果表明该转向节满足强度要求。 3.利用ANSYS结构动力学分析模块进行了转向节模态分析。在详细研究模态分析理论的基础上，利用ANSYS结构动力学分析模块对转向节进行了模态分析，计算并提取了转向节的振动特性，求出了转向节的前十阶固有振型和频率，并对转向节产生的模态特性进行了分析。 4.利用ANSYS优化设计模块进行了转向节结构优化设计研究。以减轻重量为目标函数，以满足强度、刚度、频率等性态条件和几何边界条件为约束条件，选取几何尺寸、坐标作为设计变量，建立了转向节结构优化设计的数学模型，并利用ANSYS优化设计模块对转向节的转向拉臂、下支撑台、下凸耳以及上端块体等部位进行了结构形状优化，并对改善转向节应力集中提出可行建议。 最后，对全文进行总结，并对进一步的研究提出一些展望。 |
| 作者： | 袁旦 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 李芳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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