【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖,可編輯,無水印,高清圖,,壓縮包內(nèi)文檔可直接點開預(yù)覽,需要原稿請自助充值下載,請見壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽,所見才能所得,請細心查看有疑問可以咨詢QQ:414951605或1304139763
畢業(yè)設(shè)計開題報告
設(shè) 計 題 目:基于有限元分析的轎車鋁合金車輪設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-1班
學(xué) 生 姓 名: 沈維梁
導(dǎo) 師 姓 名: 石美玉
開 題 時 間: 2011年3月11日
指導(dǎo)委員會審查意見:
簽字: 年 月 日
開題報告撰寫要求
一、“開題報告”參考提綱
1. 課題研究目的和意義;
2. 文獻綜述(課題研究現(xiàn)狀及分析);
3. 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題;
4. 技術(shù)路線或研究方法;
5. 進度安排;
6. 主要參考文獻。
二、“開題報告”撰寫規(guī)范
請參照《黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書及畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》要求。字數(shù)應(yīng)在4000字以上,文字要精練通順,條理分明,文字圖表要工整清楚。
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學(xué)生姓名
沈維梁
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程07-1班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程、
交通工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
基于有限元分析的轎車鋁合金車輪設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、課題研究現(xiàn)狀
1)鋁合金車輪的起源,發(fā)展
長時期內(nèi),鋼制車輪在車輪制造業(yè)中占主導(dǎo)地位,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進步,對車輛安全、環(huán)保、節(jié)能的要求日趨嚴格,鋁合金車輪以其美觀、質(zhì)輕、節(jié)能、散熱好、耐腐蝕、加工性能好等特點,逐步取代鋼制車輪。鋁合金車輪的出現(xiàn)到如今漸漸替代鋼制車輪是一個漫長的發(fā)展階段。在20世紀初,一些熱衷于賽車的愛好者,為了能使車輛更輕以提高賽車速度,想方設(shè)法對車輛各零部件作輕量化的改進,其中車輪是重點減輕的主要對象。1923年,Bugatti公司大膽地將砂型鑄造的鋁合金車輪裝上了賽車,加世紀30年代聯(lián)邦德國汽車聯(lián)合會、拜爾(BMW)發(fā)動機公司及戴姆勒一奔馳汽車公司,正式將鋼制輻條式輪轂與鋁制扎制輪輞相結(jié)合的車輪裝上汽車,為鋁合金車輪的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。二次世界大戰(zhàn)和世界性的能源危機大大刺激了汽車商的輕量化需求。1945年汽車廠商紛紛開展批量生產(chǎn)鋁合金車輪的研究,重要集中在鋁合金車輪的材質(zhì)和成形工藝方面,但由于車輪的特殊安全要求,仍未能實施批量生產(chǎn)。直至20世紀50年代末,聯(lián)邦德國還只能少量地生產(chǎn)鋁合金車輪。1970年末,拜爾發(fā)動機公司率先將鑄造鋁合金車輪作為特殊部件裝到了2002型轎車上,1972年又在雙門小轎車上成批裝上了鑄造鋁合金車輪,開始了鑄造鋁合金車輪批量用于轎車的新局面。
日本鋁合金車輪工業(yè)是在1970年后至1984年之間快速發(fā)展起來的,在1984年的年產(chǎn)量達640萬件。意大利在1979年曾生產(chǎn)150萬件。到1980年,西歐共生產(chǎn)700多萬件鋁合金車輪(其中50%是鑄造鋁合金車輪),并以年產(chǎn)6%~7%的速度遞增。1988年,美國生產(chǎn)的車輛中,鋁合金車輪已作為好幾種車型的系列部件,Pontiac SE車型的Grand Prix車更是采用了涂裝彩色條帶狀的鋁合金車輪。通用汽車公司生產(chǎn)的Gorvette車和另外兩種Grand Prix車型也采用了鋁合金車輪;Pontiao Fiero的一種新車采用了表面為黑色的鋁合金車輪;Dodge Dynasty車也把花邊式樣的鋁合金車輪裝了上去。同年,福特公司在Merkur Scorprio轎車上也裝上了鋁合金車輪,并把鋁合金車輪定為公司系列的標準件。20世紀80年代初,美國原裝轎車鋁合金車輪裝車率大約4%一5%,如今已超過40%。而日本目前轎車鋁合金車輪裝車率超過45%,歐洲國家超過50%。
我國鋁合金車輪工業(yè)起步較晚,最早使用鋁合金車輪是在20世紀80年代初,國營洪都機械廠將砂型鑄造的鋁合金車輪裝在邊三輪摩托車上,但是數(shù)量很少,未形成氣候。到加世紀80年代末,我國出現(xiàn)了第一個具有現(xiàn)代規(guī)模的戴卡輪轂制造有限公司,其規(guī)模和設(shè)備都進入了世界先進行列。加世紀90年代初,在廣東出現(xiàn)了既生產(chǎn)汽車,又生產(chǎn)摩托車鋁合金車輪的南海中南鋁合金輪轂有限公司,這兩個生產(chǎn)廠的生產(chǎn)設(shè)備都已達到國際水平。但這段時期,因國內(nèi)汽車和摩托車對鋁合金車輪的裝車欲望還很低,鋼圈仍占據(jù)著絕對統(tǒng)治市場的地位。隨著我國公路設(shè)施的飛速發(fā)展,這兩個企業(yè)也分別在汽車、摩托車行業(yè)中積極地宣傳,鋁合金車輪開始以極其迅猛之勢在全國得到推廣,生產(chǎn)鋁合金車輪的工廠也像雨后春筍般出現(xiàn),蔓延至全國。2002年,我國轎車的鋁合金車輪裝車率已接近45%;摩托車的鋁合金車輪裝車率已逾50%。綜上所述,不難看出,鋁合金車輪是現(xiàn)代車輛輕量化、高速化、現(xiàn)代化的必然產(chǎn)物。
2)鋁合金車輪的制造工藝
目前,整體式鋁合金車輪的成形工藝有鑄造、鍛造兩大方法。全世界95%的鋁合金車輪采用鑄造工藝,鑄造又可細分為低壓鑄造、重力鑄造和擠壓鑄造。國外鋁合金車輪的制造方法以低壓鑄造為主,大概占全部產(chǎn)量的80%以上,少數(shù)企業(yè)采用鍛造法、焊接組裝法生產(chǎn)。最近,國外出現(xiàn)無氣孔壓鑄新工藝(充氧壓鑄法),日本輕金屬株式會社、美國鑄鍛公司已開始應(yīng)用于生產(chǎn)。
國內(nèi)鋁合金車輪制造普遍采用成本較低的低壓鑄造工藝,約占全部產(chǎn)量的80%以上,其次是采用最簡便的重力鑄造工藝,約占其全部產(chǎn)量的20%不到。上海金合利采用擠壓鑄造工藝,其產(chǎn)品質(zhì)量都有提高,取得較好的效果。在鋁合金車輪加工方面,一般采用數(shù)控機床和高精度自動化柔性加工系統(tǒng);采用自動化涂裝工藝,噴粉技術(shù)在表面涂裝方面漸有替代噴漆之勢,少數(shù)企業(yè)還采用先進的真空電鍍涂裝技術(shù);在熱處理試驗檢測方面,基本都接近或達到國外先進水平。
3)基于CAD/CAE技術(shù)的設(shè)計方法
國外企業(yè)對CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟,在汽車領(lǐng)域中有限元技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛。如采用CAD技術(shù)進行產(chǎn)品的三維設(shè)計,采用CAE技術(shù)計算汽車零部件的應(yīng)力和變形、進行結(jié)構(gòu)強度和剛度的分析;采用多體動力學(xué)方法進行汽車整車操縱穩(wěn)定性和行駛平穩(wěn)性的動態(tài)仿真分析;采用有限元法進行汽車碰撞分析、汽車噪聲分析、結(jié)構(gòu)疲勞分析、振動模態(tài)分析等。國內(nèi)CAD技術(shù)運用也較為普遍,許多汽車整車及相關(guān)零部件制造企業(yè)早已使用UG、PROE/、CATIA等計算機設(shè)計軟件作為產(chǎn)品開發(fā)的主要工具,實現(xiàn)三維設(shè)計。而CAE技術(shù)對設(shè)計人員的知識水平要求較高,因此應(yīng)用范圍有所局限,較多運用于高校及學(xué)術(shù)機構(gòu)的研究,在企業(yè)中涉足較少。但近年來,隨著國內(nèi)市場于國際接軌,對企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)要求日漸提高,CAE技術(shù)也慢慢在企業(yè)中發(fā)展起來,不少大型生產(chǎn)企業(yè)已引進大型有限元軟件并培訓(xùn)起自己的技術(shù)人員。實際應(yīng)用表明,有限元技術(shù)的應(yīng)用給企業(yè)帶來了許多實際效益。它使設(shè)計人員能在產(chǎn)品的設(shè)計階段進行模擬仿真,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中潛在并予以修改,縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,因此在汽車及其零部件的開發(fā)過程中己占有無可替代的地位。CAD/CAE技術(shù)的提高對增強我國汽車工業(yè)自主研發(fā)能力和企業(yè)的國際競爭力有著重要的意義。
在CAE技術(shù)中,有限單元法是其中運用最成功、最廣泛的一種數(shù)值方法。它是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法,是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用。它首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域-飛機結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效數(shù)值分析方法,隨后廣泛的應(yīng)用于熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元技術(shù)的日益成熟,使之應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)的廣泛,至今已遍及機械、土木、汽車、航空航天、材料、電子等工程領(lǐng)域。
有限元方法的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化,就是將實際結(jié)構(gòu)假想成許多稱為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體,將求解域看成許多稱為有限元的小的互相連接的子域組成,對每個單元假定一個合適的近似解,推導(dǎo)求解整個域的滿足條件的解,從而得到問題的解。目前,我國工程領(lǐng)域運用較多的大型分析軟件有ANSYS、I-DEAS、MSC/PATRAN、MSC/NASTRAN、ABQAUS、ALGOR等。
2、課題研究目的和意義
實現(xiàn)汽車輕量化,提高燃油經(jīng)濟性,是汽車節(jié)能的最有效途徑之一。汽車減輕自重,不僅可減小汽車的行駛阻力,降低油耗,還有利于改善汽車的轉(zhuǎn)向、加速、制動等性能,有利于降低噪聲、減輕振動,為實現(xiàn)大功率創(chuàng)造條件。同時輕量化帶來的低油耗,使汽車的廢氣排放減少,對環(huán)境的污染程度也減小。汽車輕量化有兩大途徑:一是采用輕量化材料,例如采用超高強度鋼板,鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料;一是優(yōu)化、更改汽車的結(jié)構(gòu),縮小零部件尺寸,最大限度地減輕零部件的質(zhì)量。
全球汽車工業(yè)越來越注重汽車的輕量化,表現(xiàn)在鋁及其合金在汽車材料中所占的比重越來越大。鋁的比重是鐵的1/3,具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能,其機械加工性能比鐵高4.5倍,且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蝕性;鋁的鑄造工業(yè)性能也比較好,可以獲得薄壁復(fù)雜鑄件?,F(xiàn)代轎車日益廣泛使用鋁材,已經(jīng)成為一種趨勢,例如轎車輪圈就是一個最明顯的例子,80年代初,大部分轎車還是使用鋼質(zhì)輪圈,而今絕大部分轎車都是用鋁合金輪圈了。本課題借助CAD軟件Pro/E,有限元分析軟件ANSYS作為虛擬樣機工具對給定的鋁合金車輪進行強度分析,在保證強度和可靠性的前提下,對車輪進行優(yōu)化,以進一步減少車輪質(zhì)量,降低成本。
二、設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1.設(shè)計的主要內(nèi)容
1)轎車鋁合金車輪的初步設(shè)計;
2)Pro/E建立車輪三維模型;
3)有限元進行車輪強度靜態(tài)分析;
4)驗證結(jié)果的可行性,改進設(shè)計,完成設(shè)計。
2.擬解決的主要問題
1)通過查閱車輪的相關(guān)設(shè)計標準,初步確定車輪的參數(shù)、尺寸。
2)通過對ANSYS軟件的學(xué)習(xí),掌握使用ANSYS軟件進行有限元分析的方法。對車輪模型進行強度靜態(tài)分析。
3)根據(jù)分析結(jié)果檢驗車輪模型強度是否滿足要求,改進設(shè)計。
三、技術(shù)路線(研究方法)
改進設(shè)計
完成設(shè)計
是否滿足要求
用Pro/E建立三維模型
用ANSYS進行強度靜態(tài)分析
驗證結(jié)果可行性
輪輻設(shè)計
輪輞設(shè)計
車輪設(shè)計
車型選擇
四、進度安排
(1)知識準備、調(diào)研、收集資料、完成開題報告 第1~2周(2.28~3.11)
(2) 整理資料、提出問題、撰寫設(shè)計說明書草稿、熟悉Pro/E、ANSYS軟件的使用 第3~5周(3.14~4.1)
(3)理論聯(lián)系實際分析問題、解決問題,使用Pro/E、ANSYS軟件完成鋁合金車輪的三維設(shè)計、進行強度分析等部分設(shè)計內(nèi)容,中期檢查 第6~8周(4.4~4.22)
(4)改進完成設(shè)計,改進完成設(shè)計說明書,指導(dǎo)教師審核,學(xué)生修改 第9~12周(4.25~5.20)
(5)評閱教師評閱、學(xué)生修改 第13周(5.23~5.27)
(6)畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯 第14周(5.30~6.3)
(7)畢業(yè)設(shè)計修改 第15~16周(6.6~6.17)
(8)畢業(yè)設(shè)計答辯 第17周(6.20~6.24)
五、參考文獻
[1]趙玉濤.鋁合金車輪制造技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004
[2]詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版4.0曲面設(shè)計教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.1
[3]劉惟信.汽車設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社[M],2006.1
[4]劉坤主編;吳磊編著.ANSYS有限元方法精解[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.8
[5]博弈創(chuàng)作室編著.ANSYS7.0基礎(chǔ)教程與實例詳解[M].北京:中國水利水電出版社,2003
[6]余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.1
[7]王霄鋒,王波.汽車車輪結(jié)構(gòu)強度分析[J].機械強度,2002,24(1):066~069
[8]趙震偉,王波.應(yīng)用有限元軟件指導(dǎo)車輪的結(jié)構(gòu)改進[J].機械設(shè)計與制造,2000(5):27~28
[9]趙震偉,王波,王霄峰,管迪華.應(yīng)用有限元軟件指導(dǎo)車輪的結(jié)構(gòu)改進[J].機械強度,2000(10):27~28
[10]曲文君.基于Pro/E的低壓鑄造鋁合金輪轂的設(shè)計與靜力學(xué)分析[J].制造業(yè)自動化,2009(7):161~163
[11]武海濱,閆紹平,儀登利.鋁合金輪轂的有限元分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(4):282~284
[12]閆勝昝.鋁合金車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計有限元分析[D].杭州:浙江大學(xué),2008
[13]孫紅梅.轎車鋁合金車輪模態(tài)計算和優(yōu)化設(shè)計[D].秦皇島:燕山大學(xué),2007
[14]GB-T 3487-2005.汽車輪輞規(guī)格系列[S],2005
[15] H.Akbulut. on optimization of a car rim using finite element method. Finite
Element in Analysis and Design,2003(39):433~443
[16] J.Steams,T.S.Srivatsan. Modeling the mechanical response of an aluminum
Alloy automotive rim. Materials Science and Engineering,2004(366):262~268
六、備注
指導(dǎo)教師意見:
簽字: 年 月 日