殼體強度分析的案例
基于simsolid平臺的主減速器殼體 模態與強度計算
目錄
一 背景... 3
二 技術參數及邊界條件... 3
2.1 CAD模型... 3
2.2等效載荷... 4
三 建模... 4
3.1 材料參數... 4
3.2 接觸處理... 5
3.3 載荷及約束... 6
3.3.1 載荷... 6
3.3.2 約束... 8
四 結果分析... 8
4.1 模態頻率與振型... 9
4.2 強度... 10
五 結論與建議... 12
一 背景
主減速器殼體作為減速器的承載結構，殼體性能優劣對減速器的正常運轉起到至關重要作用。汽車行駛過程中，造成減速器殼體失效的原因主要分為兩個方面，一方面殼收到機械負荷和沖擊載荷的共同作用，產生裂紋導致破裂失效；另一方面，從發動機到車輪的動力傳輸過程中產生的激勵，導致不同部件間產生耦合振動，進而引起共振失效。
因此，有必要對減速器殼體進行固有頻率計算以及強度分析。
二 技術參數及邊界條件
2.1 CAD模型
主減速器三維模型
圖2.1：主減速器模型
減速器殼體各部件規格如下表所示：
2.2等效載荷
根據某車型實驗結果，選取1350Nm作為主減速器輸入軸扭矩。將輸入軸扭矩轉換成每個軸承外圈上的均布載荷。考慮到減速箱殼體的實際裝配工況，強度分析加載螺栓軸向預緊力，M10螺栓加載27600N，M8螺栓加載17300N。
主減速器殼體的受力主要是主動齒輪大小端軸承和兩個差速器軸承，而軸承與殼體之間是過盈配合。故可以在軸承外圈上加載均布載荷,以此等效替代軸1350Nm輸入軸扭矩，如圖3.3所示。
展開 變速器殼體optistruct優化分析
變速器殼體優化對比分析
技術鄰ID:智創仿真，原創，轉載請注明，如有疑問，歡迎留言咨詢
采用軟件：Hyperworks軟件平臺下的Hypermesh，optistruct，Hyperview；
一 建立網格模型
1，首先將ige模型文件導入hypermesh中：
2，發現模型有自由邊（紅色部分），以及螺紋等細微特征，因此進行幾何清理，完成后的模型幾何模型如圖：
3，由于變速器殼體主要起連接作用，因此與其他部件連接的螺栓孔，不作為優化區域，需要單獨劃分出來，放入另一個組件component中：
4，劃分單元：選擇單元類型為四面體單元，尺寸為3mm，其中節點24859個，單元數量104588個。
5，定義材料，單元類型：材料有兩種，分別為鋼材和鋁合金，其中鋼材參數為：彈性模量210000Mpa，泊松比0.3，密度7.9e-9t/mm3；鋁合金參數：彈性模量69000Mpa，泊松比0.3，密度2.7e-9 t/mm3。單元類型選擇psolid。下圖給出鋼材參數的設置步驟：
6，定義模態計算階數和模態計算工況：由于計算為自由模態，因此為了避開前六階的剛體模態，模態計算頻率從0.1Hz開始，計算十階；工況設置為模態計算：1為創建工況名稱，2選擇計算類型為模態計算，3選擇模態計算范圍和階數的設置。
7，自此，即可提交計算。
二 結果說明
2.1 材料為鋼材時的結果說明
材料為鋼材時，整個殼體質量4.635kg，除開螺栓的設計域質量4.221kg，按照減重30%的指導思想，那么設計域優化后的質量為4.221*70%=2.95kg，故優化中定為3kg。
展開 梁殼體連接情況分析總結！
梁殼體的耦合問題小算例
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變速器殼體優化對比分析
變速器殼體優化對比分析
采用軟件：Hyperworks軟件平臺下的Hypermesh，optistruct，Hyperview；
一 建立網格模型
1，首先將ige模型文件導入hypermesh中：
2，發現模型有自由邊（紅色部分），以及螺紋等細微特征，因此進行幾何清理，完成后的模型幾何模型如圖：
3，由于變速器殼體主要起連接作用，因此與其他部件連接的螺栓孔，不作為優化區域，需要單獨劃分出來，放入另一個組件component中：
4，劃分單元：選擇單元類型為四面體單元，尺寸為3mm，其中節點24859個，單元數量104588個。
5，定義材料，單元類型：材料有兩種，分別為鋼材和鋁合金，其中鋼材參數為：彈性模量210000Mpa，泊松比0.3，密度7.9e-9t/mm3；鋁合金參數：彈性模量69000Mpa，泊松比0.3，密度2.7e-9 t/mm3。單元類型選擇psolid。下圖給出鋼材參數的設置步驟：
6，定義模態計算階數和模態計算工況：由于計算為自由模態，因此為了避開前六階的剛體模態，模態計算頻率從0.1Hz開始，計算十階；工況設置為模態計算：1為創建工況名稱，2選擇計算類型為模態計算，3選擇模態計算范圍和階數的設置。
7，自此，即可提交計算。
二 結果說明
2.1 材料為鋼材時的結果說明
材料為鋼材時，整個殼體質量4.635kg，除開螺栓的設計域質量4.221kg，按照減重30%的指導思想，那么設計域優化后的質量為4.221*70%=2.95kg，故優化中定為3kg。
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COSMOS中文教程--------滑輪的殼體分析
第五章---滑輪的殼體分析
滑輪的殼體分析.part1.rar
滑輪的殼體分析.part2.rar
滑輪的殼體分析.part3.rar
滑輪的殼體分析.rar
電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
本文針對純電動汽車驅動電機運行過程中的電機溫升問題，重點分析了驅動電機殼體熱量傳遞方式，以及電機殼體冷卻通道結構設計，分析了冷卻通道截面尺寸與冷卻通道沿程阻力損失之間的關系。
定扭螺母殼體精密鍛造的設計分析
作者：高桂堂，王夕鋒等
定扭螺母殼體（圖1）是用于組裝輪轂軸承的重要配件，對于鍛件精密度的要求非常高，鍛件的表面質量及形位公差需要嚴格控制，整體鍛件精度達到二級。這對鍛造工藝、模具的加工精度及粗糙度等方面提出了嚴峻的考驗。我們在接到客戶的開發需求后，合理地設計了工裝模具，通過試驗嘗試、不斷優化，最終成功開發出外觀好、精度高的鍛件產品。
圖1 定扭螺母殼體毛坯圖
產品分析
該定扭螺母殼體產品的12 個齒形的平面度要求為0.04mm，齒形角度偏差±15′，且一致性要求高，尺寸精度要求嚴格，鍛造拔模斜度小，根據產品的特點，決定選用閉式模鍛工藝，保證產品鍛造精度。
設備噸位及下料計算
通過鍛件三維造型確定鍛件的重量為1.638kg，最大投影面積為12277mm2，根據螺旋壓力機設備噸位計算公式：
P=kS/q
其中，P- 螺旋壓力機公稱壓力（kN）；k- 系數，當熱鍛或精鍛時，k 取80kN/cm2；S- 鍛件最大投影面積；q- 變形小的精鍛取1.6。
通過計算，鍛打該鍛件所需的最小設備噸位為6138kN，由于該閉式模鍛需要具備頂出裝置，所以根據我廠實際情況，選用10000kN 公稱壓力的電動螺旋壓力機。根據鍛件三維造型重量及鍛件最大面的截面積，計算得知讓鍛件完全充滿型腔的下料規格為：直徑φ 60mm，長度71.5mm。鍛件三維造型見圖2。
圖2 鍛件三維造型
成形過程模擬
借助DEFORM-3D 軟件對定扭螺母殼體產品進行鍛造成形工藝模擬，如圖3 所示。
展開 基于OptiStruct的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
論文價值的評定意見：
家電產品技術領域的成本壓力促使壓縮機結構降成本成為近年來關注的一項重點工作，其中嘗試減薄壓縮機殼體厚度等是一條有潛力的結構降成本技術路徑，但是由此對于壓縮機振動噪聲性能帶來影響，因此，對于壓縮機殼體振動噪聲的分析評價及殼體結構形貌優化成為一項有挑戰性的技術工作內容。該論文以基于OptiStruct的壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化為主題開展相關研究，論文對壓縮機殼體進行了VTF分析，基于OptiStruct對其壓縮機殼體結構的筋肋布局等進行了形貌優化，并得到最佳的加強筋的位置、形狀及尺寸，從而改善了壓縮機的振動噪聲性能。論文對于壓縮機課題結構設計優化及振動噪聲性能提升有已經借鑒意義。
展開 RADIOSS在變速箱殼體動靜性能分析中的應用
本文在前人研究變速器殼體動靜態性能分析的基礎上，以某新型輕卡變速器殼體為研究對象，闡述了殼體的受力情況和邊界約束，利用RADIOSS軟件對殼體結構進行了剛度、強度性能分析。此外，通過計算各檔位齒輪在1800r/min下的齒輪嚙合頻率，結合變速箱總成噪音實驗數據，以及殼體在有約束情況下的固有頻率和振型，研究變速箱噪音與殼體固有頻率之間的關系。
陳葉林_RADIOSS在變速箱殼體動靜性能分析中的應用.pdf
展開 裝配體間隙、梁模態、殼體梁線性分析
裝配體、梁模態、殼體梁
來源：超凡仿真
基于等幾何分析（IGA）的殼體結構拓撲優化
等幾何分析（Isogeometric Analysis，IGA）由于可實現計算機輔助設計系統（CAD）和計算機輔助工程系統（CAE）的無縫結合，目前受到了廣泛關注。在結構拓撲優化領域，為使優化結果能夠直接導入CAD系統，一些學者開展了基于IGA的相關研究。然而，已有工作大多針對二維問題展開，且多在SIMP等隱式拓撲優化框架下利用NURBS基函數插值人工密度場，并利用固定網格進行結構分析。由于分析和設計模型并不一致，這些工作并沒有充分發揮IGA框架下結構分析與設計一體化的巨大潛力。特別地，由于結構拓撲仍由人工密度場等隱式描述，依舊無法實現優化結果與CAD系統之間真正意義上的無縫連接。
近來，大連理工大學“結構優化的理論、方法與應用”基金委創新群體張維聲副教授等與韓國科學技術院（KAIST）S-K Youn院士團隊合作，基于前期所提出的可動變形孔洞（Moving Morphable Void，MMV）顯式拓撲優化新框架與剪裁曲面分析（Trimmed Surface Analysis，TSA）技術，實現了基于IGA的殼體顯式拓撲優化。該方法基于MMV所提供的精確顯式幾何信息（殼體形狀/拓撲完全由NURBS曲面參數描述），利用曲面裁剪技術，可對異形曲面殼體進行基于精確幾何描述的IGA分析，優化過程中無需引入任何弱材料。該工作同時發揮了MMV方法與IGA方法的優點，實現了Lagrangian描述下、面向計算幾何的結構顯式拓撲優化，在基于IGA的幾何-分析-設計一體化方面邁出了重要一步。
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殼體-實體裝配體分析實例視頻附帶TXT文件
實例教學視頻
殼體-實體裝配體分析.txt
殼體-實體裝配體分析.zip
（動畫）手機殼體跌落仿真分析－－－HYPERMESH+LS-DYNA
（動畫）手機殼體跌落仿真分析，是用HYPERMESH+LS-DYNA做的，模型中還有其他的部件，不過我沒有輸出。
歡迎各位指正》可以作為參考用！
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CAE仿真技術在壓縮機產品設計中的應用
壓縮機的結構復雜，在研發過程中常涉及到強度、剛度、散熱、噪聲、疲勞壽命、結構優化等多方面的工程問題。隨著現代CAE仿真技術的日趨成熟，企業完全可以將這種先進的研發手段與試驗和經驗相結合，形成互補，從而提升研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。下文是CAE仿真技術在解決壓縮機產品研發過程中部分常見工程問題的簡要介紹：
1、 壓縮機的強度、剛度問題
l 壓縮機外殼殼體強度分析
l 連桿、曲軸、葉輪、定子零部件校核
l 渦旋齒熱應力分析
l 汽缸螺栓預緊力分析
壓縮機在結構設計中需要考慮不同工作狀態下的應力和變形。ANSYS軟件可以幫助解決在不同的工況條件下，結構零部件的強度、剛度及穩定性校核問題。
2、 壓縮機的機構動力學問題
l 曲軸連桿機構運動仿真
l 渦旋壓縮機動靜渦盤嚙合運動
l 螺桿壓縮機螺桿轉動
ANSYS軟件可以分析諸如往復式活塞的曲柄連桿活塞機構和渦旋壓縮機動靜渦盤結構的運動過程，通過輸出零部件的位移、速度、加速度等運動曲線，了解機構的運動特性。
3、壓縮機的疲勞耐久性問題
l 承受往復運動的連桿螺栓、活塞、活塞桿、葉輪等的疲勞分析
l 閥片的疲勞斷裂分析
l 壓縮機管路系統疲勞分析
l 壓縮機接管焊縫疲勞分析
產品的抗疲勞性能和可靠性會直接影響其在市場競爭中的成敗。ANSYS高級疲勞分析和設計軟件可以分析壓縮機零部件由于反復運動引起的高、低周疲勞問題及接管焊縫疲勞問題。
展開 殼體粘砂問題的機理分析，共享7種有效改進措施
因殼體鑄件薄壁件，最薄部位壁厚8mm。為避免鑄件出現冷隔廢品，原工藝中澆注溫度較高。
5、型砂煤粉含量低，煤粉品質差。濕型鑄鐵件防止粘砂和改善鑄件表面光潔程度最主要的型砂加入物是煤粉。煤粉品質影響型砂抗粘砂性。車間型砂有效煤粉含量在3.5%~4%之間。型砂發氣量在17~20ml/g之間。
6、上箱或澆口杯高度太高，金屬液靜壓力大；澆注系統和冒口設置不當，造成鑄型和鑄件局部過熱造成粘砂。
導致鑄件爆炸粘砂的因素有型砂含泥量高，水分高；煤粉含量高，發氣量大；砂型通氣條件不良；澆注速度過快；砂芯發氣量大：砂芯采用覆膜砂制芯，砂芯發氣量較樹脂砂芯發氣量大，同時，砂芯固化程度影響其發氣量；另外，砂芯表面涂料發氣量也較大，且由于砂芯太熱的情況下刷涂易造成砂芯開裂，因此需待砂芯適當冷卻后刷涂，不能保證涂料烘干。根據上述分析從人員、原材料、設備、工藝方面繪制殼體粘砂因果圖（圖3）。
圖3 離合器殼體粘砂因果圖
四、改進措施
根據以上分析，結合車間實際情況及其他型號鑄件粘砂情況，排除離合器殼體鑄件粘砂非關鍵影響因素，采取相應措施，并分析可操作性，在生產中進行驗證：
1、減小型砂間隙。因車間制芯用原砂與造型用原砂使用同一系統供應，且造型線生產缸體、缸蓋、離合器殼體三種產品，調整原砂粒度將影響制芯與其余兩種產品的生產，因此原砂粒度保持不變。生產離合器殼體的過程中，減少新砂加入量或不加新砂，適當增加型砂含泥量與灰分含量，考慮兩者含量的增加將增加鑄件氣孔傾向，因此增加幅度控制在0.5%以內。采取措施后鑄件粘砂略有減少但效果不明顯。
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