[发明专利]一种提高汽车半轴仿真精度的CAE建模方法

说明书

本发明公开了一种提高汽车半轴仿真精度的CAE建模方法，属于汽车研发制造领域，具体步骤如下：获取半轴零件各热处理影响区尺寸和硬度，通过所述半轴零件各热处理影响区尺寸确定半轴零件有限元网格；获取半轴装配有限元模型，通过所述半轴零件各热处理影响区硬度确定半轴零件各热处理影响区材料属性数据；通过所述半轴零件各热处理影响区材料属性数据和所述半轴零件有限元网格确定半轴零件有限元模型材料属性数据；获取有限元模型边界条件及载荷条件，确定汽车半轴CAE仿真分析模型的建立。本发明提出了可通过CAE仿真计算获得高精度的零件应力状态，从而获得高精度的汽车半轴强度耐久性能关键参数，具有适应性强、应用范围广的特点。

技术领域

本发明公开了一种提高汽车半轴仿真精度的CAE建模方法，属于汽车研发制造领域。

背景技术

CAE仿真分析作为预报汽车零部件应力分布、静强度、疲劳寿命等性能的关键技术，已广泛应用于产品开发中。汽车半轴是将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来的部件，相较于汽车变速器等其他传动系统总成的CAE分析，汽车半轴因零件数量少、仿真模型装配规模小等特点，网格单元类型及尺寸、边界条件等仿真分析条件都可采用高精度仿真方案，因此，材料属性的差异，成为了影响汽车半轴仿真精度的最重要因素。

在汽车半轴CAE仿真分析建模方法中，材料属性一般有两种建模方法，一是假定材料为线弹性材料并进行各种工况下的应力计算，但对于应力超出材料屈服极限的工况，其计算结果与实际应力状态差异悬殊，需根据经验公式对应力结果进行修正，但会造成较大的累积计算误差，仿真精度较差；二是基于材料试棒的拉伸试验数据，构建材料弹塑性本构关系，但因试棒与真实半轴的热处理状态不一致，导致材料试棒的试验数据并不能完全代表汽车半轴真实零件的材料属性，从而使CAE仿真精度较差。

为有效避免上述问题，需要基于汽车半轴真实热处理状态，确定一种构建汽车半轴真实材料属性的CAE建模方法，以有效提高汽车半轴CAE仿真精度。

山东大学的徐扬在《全浮半轴应力分析及静扭破坏极限载荷数值模拟》中：①使用与半轴相同表面硬度的材料试件进行试验，获得材料本构关系并用于数值模拟计算，但试件的有效硬化层深度并不能与半轴完全一致，试件本构关系不能精确代表半轴零件的材料状态；②作者未建立半轴数值模拟的整体模型，其在实验中发现半轴花键处强度薄弱，亦未进行分析；③其数值模拟所使用材料属性均依赖于已有半轴零件取样之后的试验数据，无法在汽车半轴设计初期对零部件强度及耐久性能进行准确预测。专利《一种四驱变速器差速器的有限元建模分析方法》中，虽介绍了有限元建模方法，但其所有建模方法中并未涉及如何根据零件热处理状态建立相应的模型，且其装配方式方法并不适用于汽车半轴的CAE计算。专利《一种梯度材料宏观等效弹性模量的计算方法》中，发明了梯度材料宏观等效弹性模量及泊松比理论计算方法，但仅适用于增材制造领域的材料过渡区，与汽车半轴CAE分析相关性甚微。专利《变强度材料的有限元建模方法》中，提出的适用于板壳型零件的变强度材料有限元建模方法，并不适用于诸如汽车半轴此类实体型零件仿真分析，且其特点是发明了过渡区屈服强度连续曲线，方法中未涉及材料强度极限、应力应变关系等其他材料强度耐久性能的参数。

发明内容

本发明的目的在于解决现有汽车半轴CAE仿真分析建模方法中累积计算误差以及仿真精度较差的问题，提出一种提高汽车半轴仿真精度的CAE建模方法，可通过CAE仿真计算获得高精度的零件应力状态，从而获得高精度的汽车半轴强度耐久性能关键参数实现既快捷方便、又可提高仿真精度的CAE建模方法。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

一种提高汽车半轴仿真精度的CAE建模方法，包括：

步骤S10，获取半轴零件各热处理影响区尺寸和硬度，通过所述半轴零件各热处理影响区尺寸确定半轴零件有限元网格；

步骤S20，获取半轴装配有限元模型，通过所述半轴零件各热处理影响区硬度确定半轴零件各热处理影响区材料属性数据；