HFC6100KY客车底盘车架的有限元分析[1]
![HFC6100KY客车底盘车架的有限元分析[1]](https://img.360docs.net/img0b/0ctf7kvawuh90i3wdwn-b1.webp)
![HFC6100KY客车底盘车架的有限元分析[1]](https://img.360docs.net/img0b/0ctf7kvawuh90i3wdwn-d2.webp)
第28卷第8期 2005年8月
合肥工业大学学报(
自然科学版)
JO U RN A L O F HEF EI U N IV ERSIT Y O F T ECHN O L OG Y
Vol.28No.8 Aug.2005
收稿日期:2004-10-28;修改日期:2005-03-25
作者简介:任佩红(1969-),男,安徽寿县人,硕士,安徽江淮汽车股份有限公司工程师.
HFC 6100KY 客车底盘车架的有限元分析
任佩红1
, 魏中良2
, 王其云
1
(1.安徽江淮汽车股份有限公司汽车研究技术中心,安徽合肥 230022; 2.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)
摘 要:利用U G 软件进行车架零件的CA D 建模,采用构件装配方法建立车架三维模型;通过U G 输出接口,将三维模型转化为P ar aso lid 格式,结合A N SY S 分析工具建立HFC6100K Y 客车底盘车架的有限元模型,并对该车架进行静态工况计算及动态分析;指出该车架在设计中可能存在的问题,针对该问题给出改进方案;通过分析比较,说明改进方案的有效性和合理性。关键词:客车底盘;车架;有限元分析
中图分类号:U 469.110.3 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2005)08-0936-04
Finite element analysis of HFC 6100KY bus chassis frame
REN Pei-hong 1
, WEI Zhong -liang 2
, W ANG Qi-yun
1
(1.Automobile Developm ent T ech nology Center,Anhu i Jianghuai Automobile Co.Ltd.,Hefei 230022,C hina; 2.M achin ery and
Automobile Engineering ,Hefei U nivers ity of Techn ology ,Hefei 230009,Ch ina )
Abstract :The 3D parts o f HFC6100KY bus chassis frame are desig ned by using the U G prog ram,then the 3D so lid mo del of the frame is established.Thro ug h the output interface of U G,the CAD so lid model is transform ed into the finite element model ,and the finite elem ent analy sis (FEA )m odel of the HFC6100KY frame is built.The FEA of the frame under static and dynamic w orking co nditions is carr ied out and the problems in the frame desig n are po inted out.T he mo dification desig n o f the frame is presented ,and its validity and rationality are illustrated .Key words :bus chassis ;fr am e ;CAD /CAE ;finite elem ent analysis 车架在客车底盘中是关键承载部件,它不但要承受各总成的质量和有效载荷,还要承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩。由于车架是一种超静定结构,其受力具有复杂性,采用简化的力学模型进行力学计算和强度校核,较难实现合理设计。随着计算机技术的快速发展,CAD /CAE 技术在客车底盘车架的设计中起到了重要作用,其中有限元法是解决上述问题的有效手段
[1,2]
。
1 HFC 6100KY 车架的有限元模型
运用有限元法对车架进行静、动态分析,找出车架整体结构的薄弱点并加以改进,使客车底盘车架的设计更具合理性。
利用大型通用三维CAD 软件U G ,建立车架各零件的立体模型,然后将零件组装成车架总成。通过UG 输出接口,将三维模型转化为Paraso lid 格式,再输入到ANSYS 分析软件中,经过处理后,形成车架的有限元模型。1.1 有限元模型的建模原则
由于纵梁、加强梁、横梁和横梁连接板均由薄板冲压成型,为板壳结构,在建立有限元模型时,由壳体厚度中点构成的中曲面构成模型,即采用壳单元来模拟。前后悬架钢板弹簧分别用4根刚度相同的弹簧单元模拟,再用截面不同的梁单元
连接4个弹簧单元,形成一个完整的前后悬架,如图1
所示。
图1 悬架系统的有限元模型
发动机、变速箱、油箱及水箱等部件在车架强度分析中可视之为刚体,因此简化为一个质量点,用M ass 单元来模拟,质量点与支架的连接采用梁单元来模拟。对于纵梁、加强梁、横梁之间的连
接件铆钉,采用梁单元来模拟,因为铆钉在车架的变形中承受着剪切和拉压变形,而梁单元可以真实地反映出铆钉的拉压和剪切变形。对焊接位置,可采用节点对应耦合或主从耦合方式建立。车架总体建模原则[3]
如下:
(1)主要承载件纵梁、横梁和关键受力件用壳单元模拟。
(2)前后悬架用弹簧单元和梁单元模拟。(3)发动机、变速箱等部件视为刚体,只考虑质量,用M ass 单元模拟。
(4)铆钉采用梁单元来模拟,焊接点通过节点耦合模拟。
(5)忽略覆盖件、小装置及控制件等对车身强度影响较小的部件。
(6)不考虑铆钉的预应力及焊接应力等。
(7)忽略对车架刚度和强度影响不大的孔和倒角。
1.2 边界条件处理
有限元分析过程中,必须保证有足够的约束条件,以消除车辆整体的刚性位移及求解车架上各点的位移和应力。与钢板弹簧相比,轮胎刚度较大,可忽略它对结构分析影响。因此,只需约束前后桥钢板弹簧座处节点的全部自由度(相当于对轮胎的刚性约束)。由图1可知,前后悬架分别有10个结点9个单元,单元1、o、?、?是线性弹簧单元,单元?、?、?、à、á为大刚度梁单元,受
力时挠度较小,不致影响弹簧单元的计算[4]
。前后钢板弹簧弹性模拟通过耦合弹簧单元上下2个节点的5个自由度,放开垂直方向的自由度获得,弹簧刚度通过实常数赋值。1.3 加载处理
HFC6100KY 客车底盘是一种低地板城市公交车底盘,在计算过程中,载荷分配按理想状态分布计算。对于模型计算载荷处理,发动机、变速箱、油箱及水箱等按集中质量点方式加载,利用梁单元连接到车架上,各部件质心的位置通过换算获得。乘客、座椅及地板质量按客车座位布置等效分配到地板上,并且通过车架“牛腿”方式加载到车架上。
除上述静载荷外,车架还承受动载荷的冲击,主要包括对称的垂直动载荷和斜对称动载荷[5]
。动载荷的产生主要取决于车架上静载荷的分布、道路不平度以及加速、制动、转弯等工况所产生的惯性力等,它可通过模拟加载到车架上。
整个车架被划分为节点42408个和薄壳单元44567个、质量单元5个、弹簧单元8个及梁单元1073个。
2 HFC 6100KY 车架的有限元分析
HFC6100KY 车架材料为16M n 钢,材料的
屈服极限为340M Pa 。本文应用ANSYS 公司大型有限元分析软件,对车架在弹性范围内的弯曲和弯扭结合工况下的应力和应变进行计算,同时结合车架的模态分析,说明车架在设计中存在的问题,给出改进的方案。2.1 满载静压弯曲工况
车辆使用工况虽然很复杂,但直接关系到车架结构强度的主要是满载弯曲与扭转2种工况。满载弯曲工况主要用来验证车架纵梁的抗弯强度;扭转弯曲工况模拟客车满员在平直良好路面上匀速行驶情况,此时车架主要承受弯曲载荷,产
生弯曲变形[6]
。对满载弯曲工况进行计算,车架最大应力在悬臂梁根部下翼面,Mises 应力值为91.9M Pa,如图2所示。2.2 弯曲、扭转结合工况
当汽车通过不平路面时,车架经受弯曲和扭转,弯扭工况下的动载在时间上变化缓慢,其扭转特性可近似看作是静态的,即静扭试验下的车架强度可以反映其实际强度。将后轮两侧钢板弹簧
937
第8期任佩红,等:HFC6100KY 客车底盘车架的有限元分析
中点分别给定向上和向下60mm 的位移,模拟客
车在不平道路上行驶时产生的斜对称动载荷[5]
,以最危险的弯曲及扭转工况来校验车架的强度。在弯扭组合工况下,悬臂梁根部下翼面应力水平进一步提高,车架最大应力仍然在悬臂梁根部下翼面,M ises 应力值为116MPa
。
图2 满载弯曲工况最大应力点位置
2.3 车架模态分析
从车架的应力分布来看,最大应力在悬臂梁根部下翼面,Mises 应力为116M Pa 。通常车辆在不同路面上行驶时的动载安全系数为原载荷的2～3倍[7]
,按上述计算结果,车架的最大应力将达到或超过材料的屈服极限340M Pa 。从市场反馈信息来看,车架在上述最大应力位置有裂纹产生,与分析结果相一致。促使车架早期产生裂纹的其它原因可能是多方面的:1客车改装厂家在车架裂纹产生处焊有“牛腿”,直接导致该位置受力状况进一步恶化;o焊接质量及方式不理想,导致局部应力集中。从后期市场反馈的信息看,提高焊接质量不能从根本上消除车架裂纹的产生。若要全面分析车架受力状况,必须结合车架模态分析。例如,车架的四阶、六阶模态振型,如图3、图4
所示。
图3 四阶模态振型
从四、六阶模态振型频率看,六阶模态振型为后部翘曲,较大应变位于发动机支承处,四阶模态
图4 六阶模态振型
振型为后部扭曲。由于车架的后段为悬臂梁的形
式,其根部受力大,前六阶模态振型在悬臂梁根部产生的应变量大,车架的弯曲及扭转振动是其结构动态特性的主要表现形式,其中低阶振型对结构的动力影响程度比高阶振型大。
由表1可知,因公交车辆在城市道路行驶,路面条件较好,路面激励力频率一般较低,因车轮不平衡引起的激振频率一般在15Hz 以内[8]
。
表1 车架结构模态计算结果
Hz 阶次1
2
3
456f
4.29618.032712.680
14.675
22.971
29.520
3 HFC 6100KY 车架的改进设计
车架疲劳影响因素涉及路面不平度、工况、客车动态特性、零部件几何尺寸大小、焊接工艺及质量等。由于前两个影响因素无法控制,因此,除提高工艺水平及产品质量外,针对该类型底盘,还要从结构上提高车架的强度和刚度。
车架扭转刚度可通过改变横梁的位置或横梁的截面形状及尺寸来实现[2]
,考虑到空间布置尺寸的限制,对HFC6100KY 车架局部改进设计方案如下:
(1)对后段纵梁2(悬臂梁)加衬板,加强衬板外形与纵梁贴合,从后向前跨过横梁。
(2)在后段纵梁2(悬臂梁)与横梁交接处加连接板,加强悬臂梁与横梁的连接,增加抗扭强
度。连接板尺寸如图5所示,材料厚度为6mm 。
(3)综合前两种方案,利用加强板增加悬臂
938 合肥工业大学学报(自然科学版)第28卷
梁的刚度,并通过连接板把纵梁与横梁连接起来,增加悬臂梁根部的抗扭转及抗横摆强度。加强后的车架有限元模型,如图6
所示。
图5
连接板尺寸
图6 加强后车架有限元模型
在同等条件下,对改进后车架的满载静压工况及弯扭结合工况的强度分析,悬臂梁根部的M ises 应力见表2所列。其中,括号内应力为各方案在两种工况下车架的最大应力。
表2 改进方案与原方案车架应力分布计算结果M Pa 工 况方案1方案2方案3原方案满载静压63.6(71.5)81.2(81.2)60.1(80.4)91.9弯扭结合
78.6(85.3)
95.3(95.3)
64.3(89.7)
116
由表2可知,3种方案车架最大应力都比原设计方案小,方案1和方案3的最大应力位置发生转移,最大应力位置前移至第3横梁与纵梁连接处。3种方案比较,方案2较差,方案3较好。
改进后车架结构模态分析结果,见表3所列。由表3可知,方案2车架的二阶、四阶模态振型的固有频率较方案1有所提高,特别是二阶模态振型固有频率有较大提高;方案3车架的二阶、四阶模态振型的固有频率较原设计方案和方案1有显著提高,增加了车架的抗弯曲及抗扭转强度。其中四阶弯扭振型的模态频率超过15Hz,尽可能避
开路面谱对车架的激励作用。同时,由连接板尺寸及材料厚度变化分析可知,在结构允许的条件下,纵横梁间连接板尺寸增大对提高模态振型频率有作用,连接板有利于提高车架强度,但不可太厚。
表3 改进方案与原方案车架结构模态计算结果
Hz
方案阶 次
123456方案1 4.297.8612.614.322.929.5方案2 4.229.0412.414.722.929.5方案3 4.289.1112.715.123.029.4原方案
4.30
8.03
12.7
14.7
23.0
29.54 结束语
通过3种方案与原设计方案的分析比较,同时考虑到该底盘空间布置上可行性,方案3是一种行之有效的方案。在车架设计过程中,通常动载系数和疲劳破坏系数之积为4,按该设计原则,原设计方案不能满足设计要求,而方案3在悬臂梁处的最大应力为257.2MPa ,小于材料的屈服极限340M Pa,所以,方案3完全满足设计要求。实践证明,CAD/CAE 技术用于客车底盘的设计中,采用U G 建模和A NSYS 有限元分析软件,对HFC6100KY 客车底盘车架进行静态强度计算和动态分析,可及时发现原车架设计方案存在的隐患。
[参 考 文 献]
[1] 周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析[M ].上海:
同济大学出版社,1997.135-367.
[2] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册——设计篇[M ].
北京:人民交通出版社,2001.679-682.
[3] 周长路,范子杰,陈宗渝,等.微型客车白车身模态分析[J ].
汽车工程,2004,26(1):78-80.
[4] 吴诰皂,吴湘燕.客车车身有限元强度分析载荷条件的确定
[J].机械工程学报,1997,33(5):83-87.
[5] 冯国胜.客车车身结构的有限元分析[J ].机械工程学报,
1999,35(1):91-95.
[6] 廖 芳,马 力,杨 橙,等.客车骨架强度失效分析[J].客
车技术与研究,2003,25(4):5-7.
[7] 石常青,丁厚明,杨胜梅.货车车架的有限元分析及车厢对
其性能的影响[J].汽车技术,2004,(4):5-8.
[8] 沈 浩,陈昌明,雷雨成,等.客车车身模态分析及评价[J ].
公路交通科技,2003,20(2):128-131.
(责任编辑 吕 杰)
939
第8期任佩红,等:HFC6100KY 客车底盘车架的有限元分析
车架有限元分析
1前言 车架是汽车的主要部件。深人解车架的承载特性是车架结构设计改进和优化的基础。过去汽车设计多用样车作参考,这种方法不仅费用大,试制周于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析期长,而且也不可能对多种方案进行评价。现代车架设计已发展到包括有限元法、优化、动态设计等在内的计算机分析、预测和模拟阶段。计算机技术与现代电子测试技术相结合已成为汽车车架研究中十分行之有效的方法。实践证明,有限元法是一种有效的数值计算方法,利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构改进设计的基础。 2车架的静态分析 2.1力学模型的选择 有限元分析的基本思想,是用一组离散化的单元组集,来代替连续体机构进行分析,这种单元组集体称之为结构的力学模型;如果已知各个单元体的力和位移(单元的刚度特性),只需根据节点的变形连续条件与节点的平衡条件,来推导集成结构的特性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式来作为数学表达式,便于程序设计,大量工作是由电子计算机来完成,只要计算机容量足够,单元的剖分可以是任意的,对于任何复杂的几何形状,多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。然而,由于有限元是一种数值分析方法,计算结果是近似解,其精度主要取决于离散化误差。如果结构离散化恰当,单元位移函数选取合理,随着单元逐步缩小,近似解将收敛于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析工作的第一步目前采用有限元分析模型一般有如下两种:梁单元模型和组合模型等。梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其优点是:划分的单元数目和节点数目少,计算速度快而且模型前处理工作量不大,适合初选方案。其缺点是:无法仔细分析车架应力集中问题,因而不能为车架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实际工程运用中,由于车架是由一系列薄壁件组成的结构,且形状复杂,宜离散为许多板壳单元的组集,其缺点是前处理工作量大,计算时间长,然而随着计算机技术的不断发展,这个问题已得到了较好的解决,而且由于有大型有限元软件支撑,巨大的前处理工作量绝大部分可由计算机完成,也不是制约板壳元模型实际运用的困难了。这种模型使得对车架的分析计算更为精确,能为车架设计提供更为有利的帮助。 2.2车架的计算方法 汽车车架的主要结构形式为边梁式车架,货车车架纵梁截面多为槽形,横梁截面可为槽
车架有限元分析
目录 一结构简介 (1) 二计算载荷工况 (2) 三有限元模型 (5) 四静强度分析结果 (10)
一、结构简介 本次作业以某转向架构架为几何模型，进行静强度分析，下图为本次计算针对的某型转向架几何模型，结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。 图1 某型转向架几何模型（a） 图2 某型转向架几何模型（b） 二、计算载荷工况
根据要求，对转向架采取如下的加载方式： 1、约束 图3 约束要求 如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一； 图4 模型中所加约束之一 在此点出建立Z 方向的 位移约束 在此点出建立X 、Z 方 向的位移约束 在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位 移约束 在此点出建立Y 、Z 方 向的位移约束
2、载荷 图5 受力要求 模型中加载作用力的局部视图如下（注：图中坐标系中红色为X 轴，绿色为Y 轴，蓝色为Z 轴）； 图6 Z 轴正向26.2kN 的力 在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴负方向 在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴正方向 在此处加45.6KN 的力，力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分（Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ，X 方向距离圆心7mm ）
图7 Z轴负向26.2kN的力 图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示 表1 工况 工况 横向 （X向） 纵向 （Y 向） 垂向 （Z向） 1 -- -- +
整个模型由两类网格组成：构架采用壳网格单元建立模型，转臂座构件采用六面体网格建立模型；其中壳网格单元以四边形网格为主。有限元模型重量为1422.015kg，结点总数为81382，单元总数为74991。有限元模型如图9~12所示。 图9 壳单元模型（1/4模型） 图10 转臂座实体网格模型
汽车车架的有限元结构分析开题报告修改,胡远鹏_修见
本科生毕业设计（论文）开题报告（含文献综述） （ 2015 届） 题目：汽车车架的有限元结构分析 学生姓名胡远鹏 学号 201102120418 专业班级交通112 学院名称工程学院 指导教师刘达列 2014年 12 月18 日
1 选题的依据及意义 车架作为汽车的承载基体，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂，无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算，而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析，从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。汽车工业属于高技术产品，要生产出技术可靠，性能优越的汽车，不应用好的软件进行辅助设计是无法实现的。在汽车结构设计中采用有限元结构强度分析，可以解决以往很多无法解决的问题。 实际工程结构都是复杂的超静定结构，有限元法的基本思想是将一个复杂的结构拆分成“有限”个“单元”，对这些单元分别进行分析，建立其位移内力的关系，将变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构，形成整体结构的刚度方程。采用有限元分析方法将一个复杂的分析过程转变成可以解决的多个步骤，为汽车的发展，提高汽车性能，节约汽车研究成本各方面起到了很大的作用。 对汽车车架结构的分析我将采用ANSYS软件，ANSYS是全世界范围内最知名，功能最丰富，使用最多的有限元显示求解程序。其在高速碰撞模拟，乘客的安全性分析，零件制造，机械部件的运动分析等方面都有应用领域。 2 国内外研究现状及发展趋势 2.1 国内 随着我们经济的高速发展，全球化进程的不断加快，汽车是保证和促进发展的一个重要工具。汽车车架作为重型载货汽车的载体，支撑这发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室和箱货等所有车架上的重物，并且使用条件恶劣，情况复杂，因此车架需要足够的强度，刚度，可靠性和寿命。 有限元法已成为现代汽车设计的重要工具之一，与传统设计方法相比，它的优势在于提高汽车产品的质量，降低汽车开发和生产制造成本，提高汽车产品在市场上的竞争力。 到了上世纪80年代初，国际上较大的结构分析通用有限元程序发展到几百种，其中著名的有NASTRAN,ASKA,MARC,GTSTRUD,SAP,ADINA,ANSYS等。ANSYS是由美国ANSYS公司开发的融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大姓通用有限元分析软件。该软件90年代开始
汽车车架的动力分析计算
重型运输车车架的动力学分析 摘要:本文采用有限元方法对重型运输车车架进行了动力学分析。通过对改变车架纵梁厚度、横梁壁厚、横梁外径和局部加强的分析计算，研究了车架结构与其固有频率及其振型的关系，为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。 关键词：有限元方法，车架，固有频率，动力学分析 1 引言 车辆是运输机械，其工作过程总是受到随时间变化的载荷作用。当动载荷很小时，可忽略不计，只需进行静态分析。若所受动载荷较大，或者虽然不大但作用力的频率与结构的某一固有频率接近时，都可能引起结构共振，从而引起很高的动应力，造成强度破坏或产生不允许的变形，破坏车辆的性能，因此必须对车辆的结构进行动态分析。以往，研究车辆的振动是在样车研制出来以后，测量车辆在各种路面及车速下的加速度和振动频率，这种方法显然存在一定的设计风险。因此有必要针对其结构形式和结构特点，用动态分析的方法求出整车的动态特性模型及参数，并通过已有的试验结果予以验证，从而预估车辆的动态特性响应。本文应用有限元方法对运输车的车架进行动力学分析，分析采用先进的有限元分析软件ANSYS完成。 2 有限元模型的建立 以往车架结构的有限元分析大多采用梁单元模型，其优点在于建模简单、单元数目少、计算速度快，适合于对结构的初选方案进行分析对比。但将梁单元用于整车的结构分析时，存在下列问题： ①无法解决应力集中问题，尤其是在纵梁与横梁连接处的应力集中，这是由于梁单元在离散车架结构时，将纵梁与横梁连接处处理为一个节点，不能真实反映车架纵梁与横梁连接处的几何形状。 ②对于复杂的梁，其截面特性无法确定，因此计算精度差。 该运输车的底盘采用双横臂双扭杆独立悬架(带液力减振器)、宽断面越野低压可充放气轮胎、大断面Z型底盘大梁(两根大梁间用数根管状横梁相连)，底盘自重大、整车载荷分布均匀。根据这一结构，车架模型中大梁与横梁支座采用三维壳单元SHELL63，扭杆和横臂等采用梁单元BEAM4，横梁采用管单元PIPE16。此外，由于整个车架的结构复杂，在建立模型时根据具体结构情况进行了以下简化： ①略去承受载荷比较小、对结构变形影响很小的部件，如储气筒等。 ②对部分部件进行简化，如悬挂支座和扭杆固定端支座由于结构复杂，对其采用板单元进行简化。 ③将一些节点的自由度进行耦合，如将横梁支座与大量的螺栓连接处的自由度进行耦合。 ④把发动机、液力变矩器、变速箱等部件简化为其支点上的集中质量与转动惯量。 经过以上简化处理，建立有限元结构模型如图1所示。
一种轻型货车车架有限元分析与优化
第30卷 第2期 2008年2月 武 汉 理 工 大 学 学 报 JOURNA L OF WUH AN UNIVER SIT Y OF TE CHN O LOG Y Vol.30 No.2 Feb.2008 一种轻型货车车架有限元分析与优化 叶 勤1,邓亚东1,王 彦2,谭 伟2 (1.武汉理工大学汽车工程学院,武汉430070;2.东风汽车股份有限公司,武汉430056) 摘 要: 车架作为整车的一个重要部件,对其进行结构分析与研究具有重要意义,而悬架机构以及连接部件的模拟是建立有限元模型的关键步骤。介绍了以组合单元建立货车车架有限元模型的方法,运用有限元法计算分析车架在典型工况下的应力水平和分布情况,在此基础上对车架进行优化设计,并提出了车架的改进意见。关键词: 车架; 有限元分析; 优化中图分类号: U 436.32 文献标识码: A 文章编号:167124431(2008)022******* Finite E lement A nalysis and Optimization of a Light V ehicle F rame Y E Qin 1,DEN G Ya 2dong 1,WA N G Yan 2,T A N Wei 2 (1.School of Autom otive Engineering ,Wuhan University of T echnology ,Wuhan 430070,China ; 2.Dong feng Autom obile C o Ltd ,Wuhan 430056,China ) Abstract : Frame is the key of vehicles ,s o it is important to analyze and study its structure ,above all ,the simulation of suspension and connecting parts is an important step during the m odel built 2up period.A finite element m odel was established for the frame of light truck based on composite elements ,which was used to analyze the stress level and distribution on the frame in typical conditions.Under the guidance of the analyzed results ,the design of the frame was optimized and the suggestions to design improvement were presented.K ey w ords : vehicle frame ; finite element analysis ; optimization 收稿日期:2007209218.作者简介:叶 勤(19822),男,硕士生.E 2mail :a010301@https://www.360docs.net/doc/0e14443124.html, 车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、行驶系、货厢等簧上质量的有关机件,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的数学方法对其各部分的应力状态进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。作者运用有限元方法对某货车车架进行强度、刚度分析,并根据分析结果,进行优化设计,提出了改进意见。 1 车架的有限元模型 该车架为边梁式,即车架由2根位于两边的纵梁和7根横梁组成,用铆接方式将纵梁和横梁连接成坚固的刚性结构。以往采用的车架有限元分析模型一般为梁单元模型。梁单元模型是将车架结构简化为由一组梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。此法无法详细分析车架应力集中问题,不能很好地模拟车架纵、横梁的连接状况。在实际工程中,车架是由一系列薄壁件组成,且形状复杂,应利用板壳单元进行离散处理。这种模型可以使分析结果更准确。1.1 部件连接及相互作用的模拟 车架纵、横梁多采用铆钉和螺栓连接。以点对点或节点耦合的方式建立铆接单元夸大了连接部位铆钉处的局部应力特征。实际在铆接预紧力作用下,铆钉孔周向的点大致与铆钉点的位移相协调,因此,可以采用梁
车架有限元分析word版
以ANSYS软件为分析工具对从国外引进的某重型车的车架进行了有限元分析、模态分析和以路面谱为输入的随机振动分析，通过用壳单元离散车架及MPC单元模拟铆打传力建立计算模型，研究该车架静、动态性能，了解该车架的优缺点。 车架是汽车的重要组成部分，在汽车整车设计中占据着重要位置，车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。本文以某汽车公司从欧洲引进的某重型车车架为研究对象，对该车架结构的动、静态特性进行分析计算，消化、吸收欧洲的先进技术并在此基础上进行自主创新设计。分析手段主要是通过建立正确的有限元分析模型，对车架进行典型工况的静态分析、模态分析和路面不平度引起的随机振动分析，以此了解车架的静态和动态特性，了解该车架的优越性能及其不足之处，为新车架的改型设计提供依据。 1 有限元分析模型的建立 该车架为边梁式，由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接或焊接方式将纵梁和横梁联接成坚固的刚性结构，纵梁上有鞍座，其结构如图1 所示。由于车架是由一系列薄壁件组成，有限元模型采用壳单元离散能详细分析车架应力集中问题，可以真实反映车架纵、横梁联接情况，是目前常采用的一种模型。该车架是多层结构，纵梁断面为槽形，各层间用螺栓或铆钉联接，这种结构与具有连续横截面的车架不同，其力的传递是不连续的。 该车架长7m，宽约0.9 m，包括双层纵梁、横梁、外包梁、背靠梁、鞍座、飞机板、铸铁加强板、发动机安装板、三角支撑板和后轴等部分。考虑到车架几何模型的复杂性，可在三维CAD软件UG里建立车架的面模型，导人到Hypermesh软件中进行网格划分等前置处理，然后提交到ANSYS解算。车架各层之间的铆钉联接，可以用Hypermesh-connectors中的bar单元来模拟铆钉联接，对应的是ANSYS的MPC单元，因车架各层间既有拉压应力，又有剪应力，故MPC 的类型应选择Rigid Beam方式。由于该车是多轴车，为超静定结构，为了得到车架结构的真实应力分布，必须考虑悬挂系统的变形情况。整个车架结构应力分析的有限元模型由车架有限元模型和悬挂系统等效有限元模型组成，其中纵横梁、加强板等为薄壁结构，以壳单元shell63离散;钢板弹簧、轮胎以弹簧单元模拟;前悬弹赞的模型为在每边纵梁上采用2个弹簧单元，每个弹簧单元通过MPC 与车架联接，后悬弹簧的模型为在每边纵梁上采用1个弹簧单元与车架后轴联接。离散后，壳单元总数为46 770个，MPC单元为1 338个，材料为欧洲高强度材料，屈服极限500 MPa，杨氏模量为200GPa，泊松比0.3。
汽车车架有限元分析参考文献
[1] 曲昌荣, 郝玉莲,戚洪涛. 汽车车架有限元分析[J]．轻型汽车技术，2007，12：54~56 [2] 石常青,丁厚明, 杨胜梅. 货车车架的有限元分析及车厢对其性能的影响[J]．汽车技术，2004 ，4：5~8 [3] 郭立群, 潘淑华. 中重型汽车车架结构强度有限元建模与分析方法研究[J]．汽车技术，2008，6：4~7 [4] 尹辉俊, 韦志林, 黄昶春等. 面向设计的微型车车架强度分析[M]．机械设计，2008，1：62~64+67 [5]历辉,李万琼.货车车架的等效载荷简化[J]．汽车工程，1994，5：310~314 [6] 黄金陵.有限元法应用于汽车车架结构分析中的几个问题[J]．吉林大学学报，1980，1：76~81+83~88 [7] 于学兵, 许先锋..BJ2027型皮卡车车架的有限元分析[D]．大连理工大学，2004，2（17） [8] 张勇, 张力等.重型车车架组合结构的有限元分析[J]．机械与电子，2005，2：16~18 [9] 张云, 詹隽青等.基于ANSYS的整装整卸挂车车架有限元分析[D]．军事交通学院学报，2007，2：39~42 [10] 尹辉俊, 韦志林, 沈光烈. 货车车架的有限元分析[M].机械设计，2005，11：26~28 [11] 李志勋.LT3242重型自卸车车架结构有限元分析[D]．农业机械化工程，2009，2（20）. [12] 李德信, 吕江涛, 应锦春.SX360自卸车车架异常断裂原因分析[J]．汽车工程，2002，4：348~352 [13] 陈铭年, 庄继德.汽车车架计算方法和结构优化变量综述[J]．汽车工程,1996,5：285~289+300 [14] 黄金陵.汽车车架结构元件参数的优选[J]．汽车技术,1984，1：17~25 [15] M. Barbato and J.P. Conte.Finite element response sensitivity analysis: a comparison between force-based and displacement-based frame element models [J].2005,4(8):1479~1512 [16] M.H. El Haddad.Finite element analysis of infilled frames considering cracking and separation phenomena [D]2003，2
EQ1075G车架有限元分析
EQ1075G车架有限元分析 An FEM Analysis of the EQ1075G Frame 蒋光福刘永超耿广锐李智勇刘道勇 (东风汽车公司技术中心) 摘要: 本文对EQ1075G车架进行自由模态和静态应力有限元分析，针对分析结果给出了改进设计建议方案。 主题词：汽车车架模态应力优化设计有限元分析 Abstract This paper has introduced mode and stress FEM analysis for the EQ1075G frame and has put forward improved design structure on this analyzed resolution. Keywords: Automobile Frame Mode Stress Optimization design FEM analysis 一、前言 根据EQ1075G车架产品开发的需要，本文对车架原设计方案进行有限元模态和应力分析，并根据分析结果，提出了改进设计建议方案；同时，对该改进设计建议方案也进行了有限元模态和应力分析，并作出了相应的评价。 二、结构模型化 由于该车架主要是板材结构，因此模型化时主要采用板单元；车架上所有的铆钉连接用梁单元和刚性单元模拟；钢板弹簧用弹簧单元模拟；车架有限元模型如图1所示。 车架有限元模型规模：节点84900个，单元81318个，其中板单元81062个，弹簧元12个，梁单元24个。
图1 车架有限元分析模型 三、计算参数 钢板弹簧的刚度系数： =86.926N/mm 前钢板弹簧的垂直刚度系数：C 前 后钢板弹簧的主簧的垂直刚度系数：C =92.904N/mm 后主 后钢板弹簧的副簧的垂直刚度系数：C =115.15N/mm 后副 EQ1075G车架采用特高强度热轧冷成型钢Domex 700MC材料，该材料的物理性能为：弹性模量E=210000N/mm2，泊松比μ=0.3；该材料的机械性能为：最小屈服强度是700000KPa，最小抗拉强度是750000KPa，最大抗拉强度是950000KPa.。 本文应力分析时，取动荷系数为1.0。 四、边界条件 本文分析车架应力时，施加了作用于车架上的所有载荷，其中重力包括动力总成5855.5N，油箱及托架1117.2N，水箱及中冷器588N，驾驶室及乘员5880N，蓄电池及其框架686N，贮气筒及其框架980N，车厢9310N以及载荷39200N。 本文分析了三种工况下的车架应力分析规律及其最大应力值，各工况定义如下： 工况1：弯曲工况，汽车满载（4000kg）匀速行驶在水平路面上，只约束前后车轮竖直方向的位移。 工况2：扭转工况，汽车满载（4000kg）匀速行驶在有凸台的路面上，一
基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析
基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析 摘要：采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架的两种不同结构进行分析，并确定结构合理的类型，并 对其进行改进优化，并用ANSYS进行验证。 关键词：自行车；车架；结构；ANSYS Finite element analysis for bicycle frame based on ANSYS WANG Shunmin （Faculty of Automotive engineering,WHUT,wuhan 430070,china） Abstract:Using the finite element analysis software ANSYS to analyze two different structure of the bicycle frame, and determine the reasonable one, and according to the analysis results,the sharp optimization was accomplished, with ANSYS for verification. Key words:bicycle;frame;structure;optimization 自行车从诞生到现在已经有200多年的历史，因为其具有结构简单、售价低廉、自重轻、维护容易、不需能源、无污染、无噪声、使用方便灵活等优点而独具特色。随着全球现代化的发展，交通拥堵、空气污染、油价上涨等问题日益严重，自行车作为传统的交通工具，在人们的生活中仍然具有举足轻重的地位。 自行车在日常生活中使用广泛，而自行车车架作为自行车上面主要的承受道路复杂载荷的作用的部分，对其进行结构的强度和刚度分析在自行车的设计分析中占有很大比重。由于自行车受力比较复杂，传统的经验设计有很多的盲目性，不能定量的分析结构强度，很容易造成车架的结构设计不合理以致出现过分的应力集中。采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架进行分析，可以在设计初期发现不合力的结构以及可能存在的缺陷。目前市面上最常见的两种车架结构形式如下图1、2所示，分别为“四边形+三角形”和“两三角形”结构的形式，本文通过对这两种车架结构进行分析，确定其中结构合理者，并对其进行改进和优化。 1.自行车车架的有限元模型的建立， 1.1车架线框和实体模型的建立 建立准确、可靠的自行车车架模型是进行有限元分析最重要的步骤之一，首先对自行车的尺寸数据进行测量，本文主要通过对图片尺寸进行测量，然后乘以相应的比例关系，得到实际车架的数据。本文通过CATIA软件强大的测量功能分别得到两个车架的坐标数据。主要得到车架关键点的坐标数据，包括前叉部位、把手、车座、后轮轴部位、脚蹬等部位，以及梁连接点位置，一共包括14个点的坐标值。在ANSYS中进行建模，根据所测得的数据建立模型，得到两个车架结构线框模型分别如图3、4。在建模过程中选择梁单元beam4，指定材料的弹性模量为2.11E11Pa，泊松比为0.3。梁选择圆管类型，内外径分别根据自行车实际尺寸进行设置。 1.2 划分网格，设置单元大小为0.005m，对整个模型进行划分。 1.3 施加边界条件，自行车在实际的使用过程中，道路和行驶状况差异很大，受力等边界条
基于hypermesh的客车车体有限元分析
基于Hypermesh的客车车身有限元分析 沈兵，靳春宁，胡平 大连理工大学汽车工程学院，大连（116024） E-mail：279987329@https://www.360docs.net/doc/0e14443124.html, 摘要：有限元方法和理论对现代车身设计具有重要的实际意义。综合现有的建模方案，提出了用壳单元建立有限元模型的方法；针对三种工况，应用有限元软件Hypermesh对模型进行后处理，找出了应力、位移分布情况；对轻量化设计提供了可靠的依据。 关键词：客车车身；壳单元；有限元分析 中图分类号TG404；TH114；TB115 1. 引言 当前国内对客车车身的有限元建模方法大致有三种，即采用梁单元、壳单元和体单元。采用梁单元可使计算量大大降低，但由于简化太多，导致一些关键受力截面无法正确表达，使得可信度不高，很难起到指导作用。采用体单元构建的客车骨架跟现实情况很接近，但建模时间太长，不宜采用。而壳单元弥补了梁单元与体单元的不足，是比较理想的建模方法。本文正是采用壳单元构建了客车车身模型，并按照实际使用条件进行车载负荷计算，对车体进行结构分析。 2.模型的建立 目前UG具有强大的曲面造型功能，在航空和汽车行业应用非常广泛；而Hypermesh 是世界上领先的有限元前后处理软件，它与UG等许多软件都有良好的接口。本文采用UG 对客车车身进行何造型设计，然后在Hypermesh中进行网格划分以及前后处理工作。 车架的实际工况复杂多变，建立有限元模型时对CAD模型的简化是十分必要的。其原则是：最大限度地保留零件的主要力学特征；将小面合并成大面，并且相邻面应共用一条轮廓线，以保证各个面上划分出来的网格在边界处是共用节点，避免在边界处出现节点错开的现象。具体的简化如下： （1）忽略非承载件。有些部件（如保险杠、踏板支架等）是为了满足构造或使用上的要求而设置的，对于分析车身模态影响很小，这里将其忽略掉。 （2）忽略蒙皮、玻璃等附件。 （3）忽略圆角以及梁截面形状的简化。考虑到圆角对网格计算的来说比较费时，将模型中的圆角忽略掉；本文中梁简化成矩形钢和槽型钢。 图1圆角的忽略
电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目合同技术协议知识交流
附件1 技术开发协议 项目名称：电动汽车前后副车架及整体底盘设计开发委托人：_ 研究开发人：_ 签订地点：北京 签订日期：2016-3-11 ________
目录 一、产品定义 (1) 二、产品开发的要求 (1) 1. 产品的基本要求.......................................... 错误!未定义书签。 2. 产品性能目标及主要参数 (1) 3. ............................................................................................................................................... 产品 的配置要求 (2) 4. 产品开发原则及标准要求 (3) 5. 产品开发周期及节点 (3) 6. 生产技术支持要求 (4) 三、产品开发内容描述及分工 (4) 四、产品开发成果及验收方式 (5) 五、项目组织及相关事宜 (6) 六、其他 (6) 附件2、《电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目计划进度表》 附件3、《电动汽车前后副车架及盘设车架计开发项目- 商业秘密保密协 议》
产品定义 1. 目标定义本项目以某商务车副车架为研究对象，借助先进的CAE 方法，建立汽车前、后悬架的动力学仿真模型和动力总成仿真模型。同时应用有限元方法，研究副车架的静、动态特性。同时对副车架进行疲劳寿命分析，并与试验结果进行比较，验证优化分析的正确性和合理性。为副车架结构的进一步设计和分析提供一定的理论基础，并为企业后续的产品研发提供借鉴和参考。同时完成对底盘车架的优化设计，各项参数需满足设计任务书的要求。 二、产品开发的要求 1、前后副车架应达到的指标 1.1 优化后的副车架应有足够的强度。确保副车架在各种工况下有足够的强度，在复杂受力情况下不易产生破坏，特别是严重的疲劳损伤，影响正常的使用寿命； 1.2 优化后的副车架应有足够的弯曲刚度。确保该型车在复杂受力的条件下，连接在其上的各总成，像转向机总成、下摆臂等因在特殊工况受力变形而丧失正常的工作能力，影响整车的使用寿命和安全性； 1.3 优化后的副车架应较原结构减轻30%以上重量。副车架作为一个重要的二级减振和隔 振部件，在保证各种性能的前提下，尽量减轻重量，降低成本，提高动力性和巡航里程。 1.4 副车架总成中有害物质应符合2000/53/EC 和2010/115/EU 的要求； 1.5 按甲方规定进行耐久性行驶试验后，副车架不允许出现断裂、严重锈蚀、弯曲或扭曲变形超限； 1.6 十万公里各种典型路面的试车后，副车架样件硬点和硬点坐标不允许有不合理变形和破坏；副车架进行6X105 次疲劳试验后，金属件无开裂、塑性变形等失效，橡胶件无功能性失效； 2、底盘车架应达到的技术指标 2.1 整体车架（底盘）轻量化设计方案的一阶弯曲不低于35Hz 和一阶扭转频率不低于36Hz； 2.2 整体车架（底盘）轻量化设计方案弯曲刚度不低于2900N/mm 和扭转刚度不低于3300N/mm； 2.3整体车架（底盘）轻量化设计方案的前后悬架在车架上的安装点（共计12 个点）刚度： X、Y > 8000N/mm, Z > 10000N/mm； 2.4 整体车架（底盘）轻量化设计方案刚度和强度性能不低于甲方现有同款车架在静态工况（垂直冲击、转弯、倒车制动、最大制动、最大加速、侧向冲击、
载重货车车架设计及有限元分析
摘要 汽车车架是整个汽车的基体，是汽车设计中一个重要的环节。车架支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的重要机件，承受着传给它的各种力和力矩。因此，车架必须要有足够的弯曲刚度，也要有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命。同时，随着现在汽车的发展，载重货车的乘坐舒适性，操控性能也在不断提高，因此车架的设计还应同时兼顾舒适性和操控性。 本文以商用载重货车为研究目标，结合货车的各项参数，对车架进行设计。确定了车架总成以及纵梁横梁的各项参数。运用solidworks软件做出了车架的三维模型图。同时利用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对车架的四种典型工况做出静力分析，得到各种工况下的变形情况和应力分布情况，同时对车架进行了模态分析。最后根据分析结果对车架做出优化建议。 关键词: 载重货车；车架；结构设计；有限元分析 I
ABSTRACT The vehicle frame is the base of the car, is one of the most important parts in the automobile design. Frame supports the engine clutch, transmission, steering gear, non bearing body and the container all spring quality the important parts, bear and pass it on to all kinds of force and moment. Therefore, the frame must have enough bending stiffness, also want to have enough strength, to ensure sufficient reliability and life. At the same time, with now the development of automobile and truck ride comfort, handling performance also continues to increase, so design of the frame should also combine comfort and handling. In this paper, the commercial truck as the research objective, combined with the parameters of the truck, the frame design. Frame assembly and the longitudinal beam parameters were determined. The 3D model chart of the frame was made by SolidWorks software.. At the same time, the finite element analysis software ANSYS Workbench of the frame of four kinds of typical working conditions to make static analysis, obtained under various conditions of deformation and stress distribution, and the modal analysis of the frame. Finally, according to the results of the analysis of the frame to make optimization recommendations. Keywords:Truck； frame；structure design；finite element analysis II
大客车 车架 结构
大客车底盘车架结构及分析 作者:中国商用车辆网 来源:中国商用车辆网 日期:2004-01-18 浏 览量:1000 次
如果人们把发动机描述为汽车的“心脏”， 那么作为汽车重要组成部 分的车架就可以称为汽车的“骨骼”了。车架是汽车所有总成零件“生 存”的载体，受力复杂。通过行走系和车身的力都作用于车架上，车 架结构的好坏及载荷分配是否合理是汽车设计成功与否的关键因素。 车架结构设计是否合理对汽车有着十分重要的意义， 特别是客车底盘， 在设计过程中不但要考虑各总成零部件的合理布置以及其可靠性、 工 艺性和维修的方便性， 还要充分考虑最大限度地满足车身对底盘的特 殊要求，如纵梁的结构、横梁及外支架的位置及连接方式、行李箱大 小、地板高度和位置，等等。对同样型号的客车底盘，不同的用户对 车架的要求不尽相同，甚至有较大的差异。这里着重分析大客车底盘 车架的结构特点，阐述其设计要点。
大客车底盘车架的基本结构
大客车底盘的车架一般包括直通大梁式、 三段式和全桁架(无车架) 式 3 种结构型式，分别与车身构成非承载式、半承载式和全承载式结 构。根据其不同的用途和工艺特点，车架与车身一般采用弹性或刚性
连接。现国内外大都采用刚性连接，以使车架与车身共同承载，受力 趋于合理化，从而提高车辆的可靠性和安全性。 1．直通大梁式 该结构是传统的结构型式，采用槽形或矩型截面纵梁，有些车型 还有加强副纵梁。根据不同的要求，纵梁设计可前后贯通，也可前、 中和后搭接成不同高度或不同宽度的结构， 有些车型受后桥和地板高 度要求的限制而在该处设计成结构复杂的“Ω”型。横梁结构一般采用 “I 型或双槽背对形成的“I”型，有时也采用“○”型横梁。根据布置和总 成的安装要求， 同一车架可同时采用多种型式的组合和不同的横梁翼 面，车架总成可设计成前后等宽或不等宽结构。 直通大梁式车架结构简单、工艺性好，但存在本身质量大、总成 布置困难、受力不均匀和损坏后难以修复等缺点，主要用于城市公交 和普通短途客运车辆。 2．三段式 该结构前、后段为槽形大梁，中段为桁架结构(行李舱区)。根据不 同的车型和承载情况， 采用不同规格的异型钢管焊接成箱形框架结构， 通过焊接(或焊接和铆接)同前后大梁连接在一起。对于钢板弹簧悬架， 中间桁架一般不超过悬；架安装区域；但对于空气弹簧悬架，为增加 行李箱容积，有些底盘的中间桁架超过悬架安装区，只有操纵区和发 动机区域用较短的槽形大梁。 该结构在国内外被普遍应用于旅游车、长途高速客运大客车，国 内开发和引进的豪华大客车基本都采用这种结构型式。 该结构易于设
电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目合同专业技术协议
电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目合同技术协议
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
附件1 技术开发协议 项目名称：电动汽车前后副车架及整体底盘设计开发委托人： 研究开发人： 签订地点：北京 签订日期：___2016-3-11________
目录 一、产品定义 (1) 二、产品开发的要求 (1) 1.产品的基本要求............................................................................ 错误!未定义书签。 2.产品性能目标及主要参数 (1) 3.产品的配置要求 (2) 4.产品开发原则及标准要求 (3) 5.产品开发周期及节点 (3) 6.生产技术支持要求 (4) 三、产品开发内容描述及分工 (4) 四、产品开发成果及验收方式 (5) 五、项目组织及相关事宜 (6) 六、其他 (6) 附件2、《电动汽车前后副车架及底盘车架设计开发项目计划进度表》 附件3、《电动汽车前后副车架及盘设车架计开发项目-商业秘密保密协议》
一、产品定义 1.目标定义 本项目以某商务车副车架为研究对象，借助先进的CAE 方法，建立汽车前、后悬架的动力学仿真模型和动力总成仿真模型。同时应用有限元方法，研究副车架的静、动态 特性。同时对副车架进行疲劳寿命分析，并与试验结果进行比较，验证优化分析的正确性和合理性。为副车架结构的进一步设计和分析提供一定的理论基础，并为企业后续的产品研发提供借鉴和参考。同时完成对底盘车架的优化设计，各项参数需满足设计任务书的要求。 二、产品开发的要求 1、前后副车架应达到的指标 1.1优化后的副车架应有足够的强度。确保副车架在各种工况下有足够的强度，在复杂受力情况下不易产生破坏，特别是严重的疲劳损伤，影响正常的使用寿命； 1.2优化后的副车架应有足够的弯曲刚度。确保该型车在复杂受力的条件下，连接在其上的各总成，像转向机总成、下摆臂等因在特殊工况受力变形而丧失正常的工作能力，影响整车的使用寿命和安全性； 1.3 优化后的副车架应较原结构减轻30%以上重量。副车架作为一个重要的二级减振和隔振部件，在保证各种性能的前提下，尽量减轻重量，降低成本，提高动力性和巡航里程。 1.4 副车架总成中有害物质应符合2000/53/EC和2010/115/EU的要求； 1.5按甲方规定进行耐久性行驶试验后，副车架不允许出现断裂、严重锈蚀、弯曲或扭曲变形超限； 1.6 十万公里各种典型路面的试车后，副车架样件硬点和硬点坐标不允许有不合理变形和破坏；副车架进行 6X105次疲劳试验后，金属件无开裂、塑性变形等失效，橡胶件无功能性失效； 2、底盘车架应达到的技术指标 2.1整体车架（底盘）轻量化设计方案的一阶弯曲不低于35Hz和一阶扭转频率不低于36Hz； 2.2整体车架（底盘）轻量化设计方案弯曲刚度不低于2900N/mm和扭转刚度不低于3300N/mm； 2.3整体车架（底盘）轻量化设计方案的前后悬架在车架上的安装点（共计12个点）刚度：X、Y≥8000N/mm，Z≥10000N/mm； 2.4整体车架（底盘）轻量化设计方案刚度和强度性能不低于甲方现有同款车架在静态工况（垂直冲击、转弯、倒车制动、最大制动、最大加速、侧向冲击、前进拉手刹、倒车拉手刹、路缘冲击）作用下的刚度和强度性能指标； 2.5采用高强度铸铝合金，在刚度和强度性能不降低的条件下，要求比甲方现有的同款钢制整体车架（底盘）至少减重35%以上。
中型载货汽车车架有限元静力学分析
摘要 汽车车架作为汽车关键的承载部件，它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体，承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，而且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因此设计出重量轻且各方面性能达到要求的车架结构是一项重要工作。传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计，车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面：一是车架简化计算精度不够，为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全，造成设计出的车架结构过重，增加了设计成本；二是造成车架的设计与计算分离，不利于提高车架设计人员的设计水平。设计出的车架结构除了个别部位的应力水平比较高外，大部分部位的应力水平较低。因此，有必要采用有限元法对车架结构进行优化设计，以降低车架的重量，减少汽车的制造成本，提高市场竞争力。 本文以解放J4R中型载货汽车车架为研究对象，在现有CAD图纸的情况下进行简化，通过对ANSYS软件的学习，以Pro/E软件创建车架实体模型，对车架的静力以及模态进行了分析。得到一些有益的结论，并掌握了一般静力分析中的网格划分、约束加载、分析求解等过程进行了认真的学习，为车架的设计和改进提供了指导作用。 关键词：中型载货汽车；车架；ANSYS；静力分析；模态分析
ABSTRACT As an important component, frame carrying the whole vehicle, such as assembly, take the engine and body together into an organic whole,endure the loads from the road and many kind of complex loads, and many important assemblys are based on frame,use the frame as a vector. So design a lightweight and all aspects of performance to meet the requirements of the frame structure is an important work. The frame structure of traditional design is the idea of experience with analog design, this methed caused two problems: First, simplify the calculation accuracy of the frame is not enough to ensure the strength and stiffness requirements of leaving the frame design is too safe, resulting the frame structure designed overweight. Second is caused by separation of design and calculation of the frame, the frame is not conducive to raising the level of the designer's design. In addition to the frame structure designed for individual parts of the stress level is relatively high, most parts of the stress level low. Therefore, it is necessary to use finite element method to optimize the design of the frame structure to reduce the chassis weight, reduce vehicle manufacturing costs, improve market competitiveness. In this paper, use FAW J4R medium truck frame for the study, in study of ANSYS software ,and use Pro / E software to create solid models of the static frame and the mode were analyzed. Get some useful conclusions, and mastery of the general process of static analysis for improved frame design and provide guidance. Key words: MediumTruck ;Frame;ANSYS;Static Analysis;Modal Analysis