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

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

Pmin

P1min

L（量规）

Mmax

76.0

13.0

15.0

16.0

28.0

89.0

15.0

17.0

19.0

34.0

101.5

15.0

17.0

19.0

45.0

114.5

19.5

22.0

45.0

127.0

19.5

22.0

45.0

140.0

19.5

22.0

45.0

152.5

19.5

22.0

45.0

165

19.5

22.0

45.0

178.0

19.5

22.0

45.0

190.5

19.5

22.0

45.0

203.0

19.5

22.0

45.0

216

19.5

22.0

45.0

228.5

19.5

22.0

45.0

241.5

19.5

22.0

45.0

10J

254.0

19.5

22.0

45.0

266.5

19.5

22.0

45.0

11J

279.5

19.5

22.0

45.0

292.0

19.5

22.0

45.0

12J

305.0

19.5

22.0

45.0

317.5

19.5

22.0

45.0

13J

330.0

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,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

[3]陈家瑞.汽车构造:

上册[M].北京:

机械工业出版社，2005.1（2009.1重印）

[4]RosenbergR.M，AtkinsonC.P．Onthenaturalmodesandtheirstabilityinnonlineartwodegreesoffreedomsystems[J]．JournalofAppliedMechanics，1959，26：

377-385．

[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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