金 标_基于hyperworks的转向直拉杆屈曲有限元分析

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1、Altair2009HyperWorks技术大会论文集基于HyperWorks的转向直拉杆屈曲有限元分析金标史建鹏陈赣东风汽车公司技术中心-1-Altair2009HyperWorks技术大会论文集基于HyperWorks的转向直拉杆屈曲有限元分析BucklingFiniteElementAnalysisforSteeringStraightRodBasedonHyperWorks金标史建鹏陈赣（东风汽车公司技术中心）摘要：在汽车转向过程中，转向直拉杆需要承受轴向压力，这一特征决定了转向直拉杆设计中有必要考察结构刚度。本文在某转向直拉杆设计中，首先利用Hy

2、perWorks软件对设计方案进行屈曲分析得到临界载荷，然后借助ADAMS软件进行力学仿真，最终得到安全系数，为设计提供了理论依据。关键词：屈曲,转向直拉杆,HyperWorks,ADAMSAbstract:Axleforceisencounteredforsteeringstraightrodwhileacarissteeringbasedonwhichitisnecessarytocheckitsstructurestiffnessduringitsdesign.Inthispaper,firstlybucklinganalysisiscomplete

3、dtogetcriticalforcewithHyperWorks,thenforceissimulatedwithADAMS,andfinallysecuritycoefficientisdetermined,providingatheorybasisforitsdesign.Keywords:buckling,steeringstraightrod,HyperWorks,ADAMS1前言转向直拉杆是汽车转向系统结构中的细长杆件，在转向过程中转向直拉杆需要承受很大的轴向压力，这一结构特点决定了在该零件设计中必须考虑刚度失效问题。在工程中，这类压杆因刚度问

4、题失效属于典型的屈曲问题，其失效不是由于强度不足引起的失效，而是结构刚度不够即稳定性不够所致，它属于结构稳定性一类的问题。2屈曲分析的基本理论2.1屈曲分类对屈曲失稳问题的分析方法大致有两类，一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，根据是否考虑非线性因素对屈曲载荷的影响，这类方法又细分成线性屈曲和非线性屈曲分析。另一类问题属于分析高度非线性屈曲和失稳问题，例如结构的后屈曲问题。本文转向直拉杆结构不涉及到初始结构的不完整性（几何缺陷）、材料超过弹线性范围内工作，边界条件（例如-2-Altair2009HyperWorks技术大会论文集摩擦、接触、追随力等）对屈曲载

5、荷的影响，即不考虑非线性因素影响，因此本文采用第一类分析方法中的线性屈曲问题，即按特征值分析屈曲失稳临界载荷。这种方法对屈曲问题大大简化，从而提高了屈曲失稳分析的计算效率，但特征值屈曲分析不适用于拱、壳等缺陷敏感结构。另外，通过本文的分析研究，希望为以后非线性屈曲分析研究起到抛砖引玉的作用。2.2线性屈曲分析通过提取使线性系统刚度矩阵奇异的特征值来获得结构的临界失稳载荷及失稳模态。对于受压结构，随着压力的增加，结构抵抗横向变形力的能力会下降，当载荷道某一水平，结构总体刚度变为零，丧失稳定性，屈曲分析研究失稳发生时的临界载荷和失稳形态。基于结构失稳前系统刚度

6、矩阵会出现奇异，可将失稳问题转化为特征值问题处理。'假设结构受到的外载荷模式为P，幅值大小为λ，结构内力为Q。静力平衡方程为：'λF=λQ…………………………………………………1)'进一步考察结构在(λ+∆λ)F载荷作用下的平衡方程，应为：{ES()G(~~)}()''[K]+[KS+λ∆S]+[Kµ+λ∆µ]∆µ=λ+∆λFλQ=∆λF………2)考虑到结构达到保持稳定的临界载荷时应有∆λ=0，代入2)式可得：{ES(~)G()~S(~)G(~~)}~[K]+[KS]+[Kµ]+λ[K∆S]+[K∆µ,µ]∆µ=0………………3)因此求解结构稳定性问题的临

7、界载荷和失稳问题就归结为求解这一方程系数矩阵的特征值问题，考虑到结构失稳前的初位移较小，忽略失稳前初应力和初应变对刚度矩阵的贡献后，可得：{ES(~)G(~)}~[K]+λ[K∆σ]+K∆µ∆µ=0………………………4)该方程转化为求解特征值方程：{ES(~)G(~)}det[K]+λ[K∆σ]+K∆µ=0………………………5)忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为：{ES(~)}det[K]+λ[K∆σ]=0……………………………6)λ——屈曲失稳临界载荷因子，实际上代表了压应力对应的刚度对结构线性刚度的削弱程度；~∆µ——结构失稳形态的

8、特征向量。这个方程为常用求解线性屈曲失稳载荷和失稳模态的特征值方程