二、实现方法
一般来说，在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。这一般包括几何建模、定义材料属性和实常数（要根据单元的几何特性来设置，有些单元没有实常数）、定义单元类型，网格划分、添加约束与载荷等。由于汽车零部件结构形状较为复杂，包含许多复杂曲面，而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限，难以快速方便地对其建模。因此，针对较复杂的结构，可以先在三维CAD软件（如在UG中）建立几何模型，然后在有限元分析软件ANSYS中通过输入接口读入实体模型，最后在ANSYS中完成其分析过程。
三、有限元计算模型的建立
被分析汽车的参数为：汽车的名义装载量m1＝4.0t，满载轴荷时后桥负荷m2＝6.0t，车轮中心线至钢板弹簧座中心距离b＝370mm，两钢板弹簧座中心间的距离s＝1004mm，桥壳本身的重力G0＝931.6N，桥壳设计的安全系数为7，弹簧上表面面积5000mm2，由此可得到面载荷为5.88MPa。根据国家标准，当承受满载轴荷时，桥壳最大变形量不能超过1.5mm/m；承受2.5倍满载轴荷时，桥壳不能出现断裂和塑性变形。所以垂直方向的载荷取满载轴荷的2.5倍，即5.88×2.5＝14.78MPa。
首先在UG中建立起驱动桥壳的三维模型。在建立桥壳的有限元模型时，先对驱动桥壳实体做必要的简化。对主要承载件，均保留其原结构形状，以反映其力学特性，对非承载件进行了一定程度的简化。简化结果如图2所示。
图2 桥壳的三维模型
然后将模型导入到ANSYS中，对其进行网格划分，划分网格时选用具有较高的刚度及计算精度的四面体10节点92号单元，这样将该零件划分为60183个节点，29805个单元，如图3所示。
图3 桥壳的有限元模型
该驱动桥壳的本体材料为8mm厚的09SiVL钢板，从材料手册中查出其弹性模量E=5MPa，泊松比μ=0.3，材料密度为7850。计算桥壳的垂直静弯曲刚度和静强度的方法是：将后桥两端固定，在弹簧座处施加载荷，将桥壳两端车轮中心线处全部约束，然后在弹簧座处施加规定载荷。
四、计算结果
在有限元模型中，驱动桥壳在2.5倍满载轴荷工况下，应力及位移云图分别如图4、图5所示，最大位移为0.469E-03m，最大应力为2185MPa，出现在半轴套管约束处。在不考虑由于约束影响造成的局部过大应力的情况下，应力较大值分布在钢板弹簧座的两侧，约为240MPa，远小于材料的许用应力＝510MPa～610MPa。所以，该桥壳是符合结构强度要求的。
图4 2.5倍满载荷条件下的Mises应力云图
图5 2.5倍满载荷条件下的Mises位移云图
五、结束语
通过建立汽车零部件、结构或系统的有限元计算模型，或利用UG等CAD软件建立3D参数化模型进行转化，在CAE软件中进行仿真分析和计算，可以降低设计开发成本，减少试验次数，缩短设计开发周期，提高产品质量，使得汽车在轻量化、舒适性和操纵稳定性方面得到改进和提高，具有非常重大的实际意义。
