交通科技与管理
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技术与应用0 引言
本篇文章以市面上某款电动汽车的驱动桥为研究对象，使用ANSYS workbench 对其进行有限元模型分析，证实其强度刚度等都可满足使用标准，在此基础上采取直接优化方法，制定目标函数和输入参数后实施优化，从而获得更加可靠的数据，达到了轻量化的目标。
1 有限元分析
1.1 构建车架模型及网格划分
在建立驱动桥壳的模型时，需要抹去不影响整体性能的小孔与圆角，如此可降低网格划分难度。选用的桥壳材料为45Cr 合金钢，屈服应力为450 MPa，总质量为28.15 kg，对各部件材料属性设置完成后，采取网格划分，使用的是六面体网格，网格数量为27 620，节点数为119 725。1.2 极限工况仿真分析
汽车在道路中行驶时会受到不同方向和大小的力，不过大都可以概括为四类工况，在进行计算时选用了这四类工况下的极限数值，对驱动桥桥壳进行仿真计算，获得了四类极限工况下桥壳的应力、位移分布规律。最终的结论表明，一体化驱动桥桥壳在最大垂直力工况下桥壳中心处应力较大，为438.63 MPa；最大单位变形量是0.904 mm/m，都远低于国家标准值，所以此次研发的后桥结构满足极限工况中的应用要求，在极限状态下不会出现损伤。
1.3 疲劳寿命分析
根据汽车规定标准QCT533-1999中对驱动桥壳疲劳试验的要求，测试负载最大按照满载时的2.5倍加载，为36 kN；最小按照满载时的0.25倍加载，为3.6 kN。所得结果为在满载轴荷作用下驱动桥桥壳的最低寿命为52万次，与国家规定的最低次数50万次相比略高，所以驱动桥壳在该极限工况中的疲劳寿命仿真计算中是满足要求的。
2 优化设计
2.1 目标函数设定
经过上面的计算可以了解到，桥壳的最大应力为438.63 MPa，最大位移为1.529 2，远小于材料极限值，所以驱动桥在强度及刚度方面远超过车辆的使用要求。考虑到生产成本及耗油量等问题，在确保安
全基础下可采取轻量化设计，此处可对其尺寸进行优化设计。设定输入参数为桥壳尺寸。驱动桥壳优化参数P1为桥壳中段长度；P2为桥壳厚度，P3为桥壳中间装配圆圆周，P4为桥壳中间装配圆直径，p5为套筒直径，p6为桥壳中段长度。按照此次优化的标准，设定约束区间为：
300 mm ≤P1≤350 mm，6 mm ≤P2≤10 mm，
P3=250 mm，260 mm ≤P4≤300 mm，80 mm ≤P5≤85 mm，680 mm ≤P6≤690 mm
取不平路面制动工况下桥壳的最大等效应力和最大变形为约束条件，以轻量化为优化目标。建立多目标优化的数学
模型：
2.2 优化结果选择
在ANSYS workbench 中建立优化分析模块，此模块包括：模型部分、静力学分析部分和响应优化分析部分。在上述三个模块中设定输入参数和输出参数的边界值，之后完成优化分析。得到参数的敏感图。
图1
根据该图可以看出，桥壳凸壳处的高度p4对桥壳质量以及位移敏感度最高，而桥壳内径p5对应力影响最大，同时为负相关关系。基于此，在后桥进行设计过程中如果桥壳发生了位移变形过大或应力过大的情况，就要提高中间壳体厚度而非两端的厚度以对其实施优化。基于以上分析对桥壳进行最终的优化求解，求得轻量化模型目标函数的2个最优候选解，经综合评估后，选择其中的一组解集。最终得到优化前后的参数对比表：
表
1 优化前后各参数对比
（下转第102页）
作者简介：张汤姆（1996-），男，安徽宿州人，研究生，研究方向：汽车轻量化。
纯电动汽车一体化驱动后桥结构设计及优化分析
张汤姆
（合肥工业大学智能制造技术研究院，合肥 230009）
摘 要：对于车辆的整体使用寿命和使用品质而言，驱动后桥动力总成系统扮演着非常重要的角。本研究就工信部公开的某车参数为基础，以ANSYS workbench 为基础建立有限元模型，对其驱动桥壳进行不同极限工况下的仿真模拟，之后完成优化设计，以轻量化以及降低最大位移变形量为目标，桥壳相关尺寸为参数，最终实现了质量降低0.96%，最大变形值减少0.93%目标。
关键词：驱动后桥；ANSYS；workbench；仿真计算；优化
102交通科技与管理工程技术
3.3.2 施工步骤说明
清理危岩：施工人员需将安全绳束缚在锚杆后，工作人员方可对坡体危岩进行清理，清理时严禁上下垂直交叉施工，下方人员应撤至安全地带。
钻钢丝绳锚杆孔：按照纵横向 4.5 m 的间距进行定点，并刷上油漆，确定钻孔点，在每一孔位凿 20*20 凹坑。
锚杆孔径不小于 45 cm，孔深比钢丝绳锚杆长度长 50 mm 以上，现场施工采用 3 m 钻杆施工。
钻孔完毕后，用风钻杆进行吹砂作业，保证孔内的干净。以确保锚杆能顺利安装进位[4,5]。锚杆注浆：现场注浆要求灌注密实，防止锚杆孔眼内有空气，影响锚杆锚固质量。注浆确保浆液饱满。灌注后凝结时间保证不低于三天，凝结时间未达到要求，严禁进行下一道工序，并确保锚杆不受外力作用。
安装纵、横向支撑绳：支撑绳下料安装前，应准确测量每根支撑绳两端锚杆间的距离， 支撑绳下料时其长度应在测得每根长度的基础上两端各增加 1 m，即共增加 2 m。
绳头紧固：从一端锚杆开始，将钢丝绳绳头穿过锚杆，并弯曲，采用与钢丝绳直径相适应的绳卡固定一端，绳卡间距 5 mm~10 mm，固定后绳端留长度不小于 20 cm 的自由尾绳，绳卡数量根据支撑长度按以下要求选定。
穿孔：从一端锚杆开始，支撑绳穿过锚杆的外露马蹄形环套（钢绳锚杆），直至该行的最后一根锚杆。
张拉：支撑绳到达锚杆最后一端后，将绳尾穿过最后一根锚杆，并弯曲，其间若长度较长，因支撑与锚杆和地面间的磨擦力大而不能张紧时，可逐段张紧，最后将尾端用绳卡采用与起始端相同的方式固定。
挂格栅网缝合：钢丝格栅必须位于系统底层并紧贴坡面，即支撑绳应在其下方；并沿支撑绳铺挂，每两格（即上下或左右）铺设两张钢丝格栅。钢丝格栅网块间搭接宽度不小于10 cm。
钢丝格栅网块间用直径不小于小 1.2 mm 的铁丝扎结。缝合钢丝格栅网与支撑绳间用小φ8 mm 缝合线缝合，铺设边界处钢丝格栅网反向折叠宽度不小于 20 cm。
挂钢丝绳网缝合：钢绳网采用Φ8 钢丝进行编织。钢绳采用菱形网孔编制方式，网孔尺寸除特殊设计外，一般宜用 4.5×4.5 m 规格。
汽车贴钻 钢绳网铺设应准确测量每个挂网单元尺寸，根据测得的各挂网单元尺寸，按每张网一根缝合绳的原则确定缝合绳长度，然后据此下料[6,7]。在各挂网单元内顺序铺挂钢绳网，同时用缝合绳将钢绳与支撑绳或相邻网块边沿进行缝合连接，缝合绳两端头宜叠置不小于 0.5 m 的长度，绳端各用两个绳卡与钢绳网连接。
4 总结
高边坡病害治理工程较复杂，合理确定项目的施工工序显得尤为重要，为确保施工和运营过程中路堑边坡的稳定，除采用合理的支挡加固措施外，还必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序，避免施工过程中边坡失稳破坏，影响高速公路运营安全，造成重大损失，甚至于留下后患，影响边坡的长期稳定和运营的安全。
（1）充分做好施工前的准备工作，提前修筑施工临时便道和防护措施，保证施工队伍进场后能顺利开工建设。 （2）认真做好各项工程施工组计划，充分考虑当比季节性气对施工工艺的影响，尽量避免在雨季施工。新开挖边坡未防护前，雨天须对坡面进行遮挡。防止水流对边坡的浸蚀。
（3）必须现场实测断面，按设计坡率放线，放线以路线中心线及路基标高为准。所有支挡防护工程，均应按设计型式尺寸挂线放样施工，保证施工质量。
（4）开挖及支护工程施工须做好地表排水系统。
（5）边坡采取随挖随支护的施工方式，严禁一次开挖到底，应开挖一级，支护一级， 然后再开挖下一级。
（6）若现场开挖后实际情况与设计不符时，应及时与设计单位协商，根据实际情况对边坡作动态变更设计。
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（上接第93页）
可以发现，在保持驱动桥性能的基础上，其主要参数都得到了一定的优化，质量降低0.96%，最大变形值减少0.93%。完成了轻量化的目标。
3 结论
结论本文基于参数化思想，在保证整车性能的前提下，采用模块对驱动桥进行尺寸优化设计，并将优化前、后的分析结果进行对比。对比结果表明：优化后最大应力值减少7.8%；质量减轻3.9%；变形减少了8.6%，证明此次优化后的结果是可行的。
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