车轮轮毂catia建模ansys分析.docx
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车轮轮毂catia建模ansys分析
课程设计(论文)任务书
学院
汽车与交通学院
专业
车辆工程
学生姓名
郭巨宝
学号
0802020112
课程(论文)题目
轮毂的三维建模及模态分析
(2)
一、设计内容:
1.要求用三维软件CATIA\UG\Pro/E根据图纸或实物进行三维建摸。
2.用ANSYS进行模态分析。
二、技术要求:
1.实体建模结构尺寸和形式正确,并能进行模态分析。
2.设计说明书一份.其中包括:
(1)写出实体建模步骤。
(2)写出模型倒入导出过程。
(3)写出对模型模态分析过程等。
(4)结论(结果分析及问题讨论)。
(5)参考文献。
(6)提交catia模型文件,工程图及相关文件的电子文档。
三、进度安排:
1.熟悉题目,准备资料1天;
2.三维建摸3天;
3.模态分析3天;
4.编写设计说明书2天;
5.答辩1天.
指导教师(签字):
年月日
专业负责人(签字):
年月日
目录
第1章用CATIA建立CATIA建立轮毂模型……………1
1.1汽车轮惘规格系列……………………………………………1
1.2轮毂建模…………………………………………………4
第2章模型导入ANSYS10.0………………………………10
2.1轮毂零件模型*.model导入导入ANSYS10.0……………………10
2.2导入模型生成实体…………………………………………11
第3章ANSYS模态分析…………………………………12
3.1参数设定…………………………………………………12
3.2网格划分…………………………………………………12
3.3模态分析及图形显示………………………………………13
3.4模态分析数据及总结………………………………………25
参考文献……………………………………………………29
第一章用CATIA建立轮毂模型
1.1汽车轮惘规格系列
1.范围
本标准规定了汽车车轮与轮胎相配合部分的轮辆轮廓术语、标记、负荷、50深槽轮惘(50DC),15“深槽轮辆(150DC),50半深槽轮惘(50SDC),50斜底轮辆(50FB),本标准适用于汽车所使用的轮辆规格系列。
2.轮辆轮廓术语
图1-1轮辋轮廓
A—轮辆标定宽度;B—轮缘宽度;C—轮缘半径位置尺寸;D—轮辆标定直径;F1,F2—轮辋上气门嘴孔位置尺寸;G-轮缘高度;H-槽底深度;DR,DF—胎圈座突峰直径;L-槽底宽度;M—槽的位置尺寸;P—胎圈座宽度;R1—轮缘接合半径;R2—轮缘半径;R3—胎圈座圆角半径;R4—槽顶圆角半径;R5-槽底圆角半径;R6—轮缘端部圆角半径;R7—槽侧半径;V—气门嘴孔或槽的尺寸;α—槽底角度;β—胎圈座角度。
注1:
凡标注二的尺寸与轮胎在轮惘上的装、拆有关,是轮辆槽底的最小尺寸,M表示槽底位置的极限尺寸
注2:
槽顶圆角半径R和槽底角度a是轮胎在轮惘上装、拆的重要参数。
注3:
安装面,即轮胎从这一面装人轮辆或从这一面拆下轮胎.对于多件式轮辆,安装面是可拆卸轮缘的一面。
3.标记
轮辋规格名称采用“轮惘名义直径X/一轮辋名义宽度轮辋轮廓代号”,也可采用“轮辋名义宽度轮辋轮廓代号X/一轮辆名义直径”表示。
4.负荷
施加在轮辋/车轮上的负荷和气压,不应超过轮辋/车轮制造厂推荐的最大值。
这个值可刻制在轮辋/车轮上,当轮辋/车轮上无此标记或使用条件超过其推荐值时,则应与轮辋/车轮厂协商,以确保在预期使用条件下,轮辋/车轮不被破坏。
5.5度深槽轮辋
6.根据实际测量的轮辋数据及各种参数选用J型轮辋。
J型轮辋轮廓:
图1-2轮辋轮廓标注
J型轮辋尺寸:
选用
J型轮辋,尺寸如表1-3所示:
单位为毫米
轮辋轮廓
A
Pmin
P1min
L(量规)
Mmax
3J
76.0
13.0
15.0
16.0
28.0
J
89.0
15.0
17.0
19.0
34.0
4J
101.5
15.0
17.0
19.0
45.0
J
114.5
19.5
19.5
22.0
45.0
5J
127.0
19.5
19.5
22.0
45.0
J
140.0
19.5
19.5
22.0
45.0
6J
152.5
19.5
19.5
22.0
45.0
J
165
19.5
19.5
22.0
45.0
7J
178.0
19.5
19.5
22.0
45.0
J
190.5
19.5
19.5
22.0
45.0
8J
203.0
19.5
19.5
22.0
45.0
J
216
19.5
19.5
22.0
45.0
9J
228.5
19.5
19.5
22.0
45.0
J
241.5
19.5
19.5
22.0
45.0
10J
254.0
19.5
19.5
22.0
45.0
J
266.5
19.5
19.5
22.0
45.0
11J
279.5
19.5
19.5
22.0
45.0
J
292.0
19.5
19.5
22.0
45.0
12J
305.0
19.5
19.5
22.0
45.0
J
317.5
19.5
19.5
22.0
45.0
13J
330.0
19.5
19.5
22.0
45.0
表1-3轮辋轮廓尺寸
1.2轮毂建模
1.YZ平面上建立草图
从开始菜单中启动CATIAV5R16软件,进入CATIA的工作平面,点开其开始菜单选择机械设计--零部件设计,进入零件设计工作台。
选中YZ平面,单击草图器工具图标,进入草图工作台。
根据国家标准画出轮毂YZ平面局部草图(其间用到倒角、偏移、标准等命令),如图1-4所示:
图1-4轮毂YZ平面局部图
2.根据车间轮辋轮辐画出轮辐YZ平面草图,并使形成闭合曲线,如图1-5所示:
图1-5轮辐YZ平面草图
3.退出草图平面,用旋转体命令建立旋转体,选中草图一,点击旋转体命令,以H轴为旋转轴,旋转360度,预览,确定。
生成了整体轮廓图,如图1-6所示:
图1-6整体轮廓图
4.点击图中间平面区,进入草图,画出螺栓大小孔,并分别进行阵列,局部视图如图1-7所示:
图1-7螺栓大小孔
5.点击图中间平面区,进入草图,以回转中心为圆心画圆,退出草图进行拉伸和挖孔操作得到的局部图如图1-8所示:
图1-8车轮中心部分图
6.整体轮廓图正面如图1-9所示:
图1-9整体轮廓图正面图
7.在整体轮廓图正面两虚线圆内建立三个点并由三个点生成面,如图1-10所示:
图1-10生成面
8.在新建的面上画出三角形,并利用凹槽命令挖通,如图1-11所示:
图1-11三角形
9.以轮毂回转轴为中心进行阵列,如图图1-12所示:
图1-12外形图
10.气门口做法先建平面再画草图,最后使用凹槽命令,得到图1-13所示图形:
图1-13整体图形
11.模型建立完毕,如图1-14所示:
图1-14最终模型
12.将文件存为*.CATPart*.model两种格式
第2章模型导入ANSYS10.0
2.1轮毂零件模型*.model导入ANSYS10.0
1.导入CATIA轮毂模型:
打开ANSYS=>File=>Import=>CATIA。
如图2-1所示:
图2-1图2-2
2.选择已保存的model模型,如图2-2所示:
导入后的图形如图2-3所示:
图2-3初始导入图
2.2导入模型生成实体
生成实体操作如图十八、图十九所示,生成的实体图如图2-6所示:
图2-4操作
图2-5操作
图2-6生成的实体图
第3章ANSYS模态分析
3.1参数设定
1.模型材料的设定
定义模型的单元类型:
定义轮毂为实体45号单元rick8node23如图3-1所示
图3-1定义单元类型
2.材料属性:
ANSYSMainMenu=>Preprocessor=>MaterialProp=MaterialModels。
1)材料的弹性模量和泊松比
弹性模量EX=2.1E11
泊松比PRXY=0.3
2)定义材料的密度DENS:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>density
DENS=7800
3.2网格划分
1)ANSYSMainMenu=>Meshing=>MeshTool
.
2)选择轮毂实体
3)设置轮毂为solid45号,单击Mesh对轮毂进行网格划分
4)划分结果如图3-2所示:
图3-2网格划分图
3.3模态分析及图形显示
1.模态分析的设定
1)选定分析选项MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>NewAnalysis→“Modal”(模态分析)
2)分析选型设定MainMenu=>Solution=>AnalysisType=>AnalysisOptions选定参数如图3-3所示:
图3-3分析选型设定
单击ok按钮,将会弹出BlockLanczosMethod,StartFreq是0,EndFrequ是100000000,单击ok按钮。
3)进行求解MainMenu=>Solution=>CurrentLS
2.模态分析过程及结果显示
1)列出固有频率MainMenu=>GeneralPostproc=>ResultsSummary,将列出轮毂的所有求解的固有频率,在文本框里列出了轮毂的前20阶固有频率如图3-4所示:
图3-4前20阶固有频率
2)得到模态分析图形
a.选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>FirstSet,选择轮盘第一阶模态
b.选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>ContourPlot=>NodalSolu,选择DOF,如图3-5所示,此时可观察轮毂的一阶模态,
如图3-6所示:
图3-5模态分析操作
图3-6第一阶模态振型
c.选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>ReadResults=>NextSet,进入轮毂第二阶模态。
d.选取菜单路径MainMenu=>GeneralPostproc=>PlotResults=>NodalSolu图形窗口中将显示出第二阶模态振型,如图二十七所示:
图3-7第二阶模态振型
e.重复上述c、d操作就可获得个阶模态振型,如下所示:
图3-8第三阶模态振型
图3-9第四阶模态振型
第图3-10五阶模态振型
图3-11第六阶模态振型
图3-12第七阶模态振型
图3-13第八阶模态振型
图3-14第九阶模态振型
图3-15第十阶模态振型
图3-16第十一阶模态振型
图3-17第十二阶模态振型
图3-18第十三阶模态振型
图3-19第十四阶模态振型
图3-20第十五阶模态振型
图3-21第十六阶模态振型
图3-22第十七阶模态振型
图3-23第十八阶模态振型
图3-24第十九阶模态振型
图3-25第二十模态振型
3.4模态分析数据及总结
轮毂的前20阶固有频率,如图3-26所示:
图3-26前20阶固有频率数据
轮毂固有特性由固有频率、振型等一组模态参数构成,它由轮毂本身(质量与刚度分布)决定,而与外部载荷无关,但决定了结构对动载荷的响应。
由模态分析可以看出轮毂振型情况为:
轮毂周边变形较大,第七阶模态到第十阶模态下,周边变形逐渐增大;第十一阶模态下,变形不是很明显第十二阶模态到第十四阶模态下,周边变形逐渐减小;随后的变化趋势是增大减小增大交替出现,类似正弦规律;在变形小的频率处,没有发生共振,变形大的地方发生了共振。
所以车轮在设计的时候应根据模态分析得到的数据,让车轮的固有频率与其相关的外界频率错开,避免发生共振使车轮变形,进而可以增加舒适性。
保存文件:
*.lgw格式文件,使用记事本打开代码如下
/BATCH
!
/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071819:
12:
0806/30/2010
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
!
/GRA,POWER
!
/GST,ON
!
/PLO,INFO,3
!
/GRO,CURL,ON
!
/CPLANE,1
!
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
!
/REPLOT,RESIZE
~CATIAIN,burongyi,model,'.[卓骆\狭绩兔箕恍\',,,0
/NOPR
/GO
!
/FACET,NORML
!
/DIST,1,1.08222638492,1
!
/REP,FAST
!
*
ET,1,SOLID45
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,7800
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,1
CM,_Y1,VOLU
CMSEL,S,_Y
!
*
CMSEL,S,_Y1
VATT,1,,1,0
CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
!
*
SMRT,6
SMRT,7
SMRT,7
SMRT,8
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!
*
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,1
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!
*
VMESH,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!
*
FINISH
/SOL
!
*
ANTYPE,2
!
*
MSAVE,0
!
*
MODOPT,LANB,20
EQSLV,SPAR
MXPAND,20,,,0
LUMPM,0
PSTRES,0
!
*
MODOPT,LANB,20,0,100000000,,OFF
!
/STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH
/POST1
SET,LIST
!
LGWRITE,'0802020122','lgw','C:
\DOCUME~1\ADMINI~1[卓骆\狭绩湍~1\',COMMENT
参考文献
[1]丁仁亮.CATIAV5基础教程[M].北京:
机械工业出版社,2006.10(2008.1重印)
[2]尤春风.CATIAV5机械设计[M].北京:
清华大学出版社,2002
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机械工业出版社,2005.1(2009.1重印)
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[5]张乐乐,苏树强,谭南林ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导–北京:
清华大学出版社;北京交通大学出版社,2007.12
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