1、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CATIAUGPro/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
2、.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 11.1汽车轮惘规格系列 11.2轮毂建模 4第2章 模型导入ANSYS10.0102.1轮毂零件模型*.model导入导入ANSYS10.0102.2导入模型生成实体11第3章 ANSYS模态分析 123.1参数设定123.2网格划分123.3模态分析及图形显示133.4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
3、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; R
4、6 轮缘端部圆角半径; R7 槽侧半径; V 气门嘴孔或槽的尺寸; 槽底角度; 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
5、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APminP1minL（量规）Mmax3J76.013.015.016.028.0J89.015.017.019. 034.04J101. 515. 017.019. 045. 0J114. 519. 519. 522.045.05J127.019.519.522.045.0J140.019.519.522.045.06J
6、152.519.519.522.045.0J16519.519.522.045.07J178.019.519.522.045.0J190.519.519.522.045.08 J203.019.519.522.045.0J21619.519.522.045.09 J228.519.519.522.045.0J241.519.519.522.045.010 J254.019.519.522.045.0J266.519.519.522.045.011 J279.519.519.522.045.0J292.019.519.522.045.012 J305.019.519.522.045.0J317.
7、519.519.522.045.013 J330.019.519.522.045.0表1-3 轮辋轮廓尺寸1.2轮毂建模1YZ平面上建立草图从开始菜单中启动CATIA V5R16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
8、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
9、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ANSYS10.02.1轮毂零件模型*.model导入ANSYS10.01导入CATIA轮毂模型：打开ANSYS=File=Import=CATIA。如图2-1所示： 图2-1 图2-22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
10、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rick 8node 23 如图3-1所示图3-1 定义单元类型2.材料属性：ANSYS Main Menu= Preprocessor=Material Prop=Material Models。1）材料的弹性模量和泊松比弹性模量 EX2.1E11泊松比 PRXY0.3 2）定义材料的密度DENS：Main Menu Preprocessor Material Props Material
11、 ModelsdensityDENS=78003.2网格划分1) ANSYS Main Menu=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Main Menu =Solution =Analysis Type =New Analysis“Modal”(模态分析)2）分析选型设定Main Menu= Solution =Analysis Type =Analysis Options选定参数如图3-3所示：图3-3
12、分析选型设定单击ok按钮，将会弹出Block Lanczos Method ， Start Freq是0，End Frequ是100000000，单击ok按钮。3）进行求解Main Menu = Solution = Current LS2模态分析过程及结果显示1）列出固有频率 Main Menu =General Postproc =Results Summary，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Main Menu =General Postproc =Read Results
13、=First Set，选择轮盘第一阶模态b选取菜单路径Main Menu =General Postproc =Plot Results =Contour Plot=Nodal Solu，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Main Menu =General Postproc =Read Results= Next Set，进入轮毂第二阶模态。d选取菜单路径Main Menu =General Postproc= Plot Results =Nodal Solu图形窗口中将显示出第二阶模态振型，如图
14、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
15、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
16、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,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 19:12:08 06/30/2010 /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
17、,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
18、,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,SOLUSOLVE FINISH /POST1 SET,LIST! LGWRITE,0802020122,lg
19、w,C:DOCUME1ADMINI1卓骆狭绩湍1,COMMENT 参考文献1 丁仁亮CATIA V5基础教程M北京:机械工业出版社，2006.10（2008.1 重印）2 尤春风. CATIA V5 机械设计M. 北京:清华大学出版社，20023 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 Rosenberg R. M，Atkinson C. P On the natural modes and their stability in nonlinear two degrees of freedom systems J Journal of Applied Mechanics，1959，26：377-3855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
