基于ANSYS的车架有限元分析报告
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自行车车架是自行车的核心组成部分，它承载着骑手的重量和外界的力量，直接影响着自行车的性能和稳定性。
为了确保自行车车架的可靠性和安全性，有限元分析被广泛应用于自行车车架结构设计。
有限元分析是一种应用于工程领域的数值计算方法，通过将实际结构离散为若干个小单元，近似计算每个小单元的力学特性和应力分布，从而得到整体结构的力学性能。
在进行自行车车架的有限元分析时，需要先对车架进行几何建模。
通常可使用计算机辅助设计软件或三维建模软件进行建模，将车架几何形状、尺寸和连接方式等细节进行精确描述。
接下来，将车架模型导入ANSYS软件中进行分析。
在分析过程中，需要先对车架进行网格划分，将其离散为数个小单元，以便进行后续的力学计算。
划分网格时需要考虑车架各处应力分布的均匀性和准确性。
进行有限元分析时，需要对车架施加相应的边界条件和载荷。
边界条件包括固定支撑或约束，以模拟车架与其他部分的连接方式。
载荷可以是骑手的重力、外界风阻、不平坦路面等因素，通过合理选择载荷类型和大小来模拟实际使用条件。
在进行有限元分析时，需要定义适当的材料参数，包括车架的弹性模量、泊松比、材料屈服强度等。
这些参数直接影响着车架的刚度和性能。
通过对车架进行有限元分析，可以得到车架各处的应力、应变分布情况。
基于分析结果，可以对车架进行优化设计，以满足强度和刚度的要求。
例如，在高应力处添加加强结构或材料，以提高车架的强度和稳定性。
此外，有限元分析还可以在车架结构设计阶段进行疲劳寿命预测。
通过加载一定的循环载荷，可以计算出车架在特定循环次数下的疲劳损伤情况，从而评估车架结构的可靠性和耐久性。
总之，基于ANSYS的有限元分析在自行车车架结构设计中扮演着至关重要的角色。
它可以帮助设计师评估车架的强度、刚度和耐久性，并优化设计以提高车架的性能和稳定性。
通过有限元分析，可以减少设计过程中的试错成本，提高设计效率，为自行车车架的可靠性和安全性提供保障。
基于ANSYS的FSAE赛车车架的有限元分析
基于ANSYS的FSAE赛车车架的有限元分析在FSAE（Formula Society of Automotive Engineers）赛车设计中，车架是整个赛车的重要组成部分，其设计与性能至关重要。
有限元分析是一种常用的方法，用于评估车架的结构强度和刚度，并优化设计以满足性能要求。
在进行FSAE赛车车架的有限元分析之前，首先需要创建车架的几何模型。
可以利用CAD软件进行车架的三维建模，确保车架的尺寸和形状准确无误。
几何模型创建完成后，可以导入ANSYS软件中进行有限元分析。
有限元分析的过程中，需要将车架离散成有限的小单元，如梁单元或壳单元，以便进行模拟。
在确定离散单元后，可以设置车架材料的力学性能，如弹性模量、材料屈服强度等。
这些参数对于后续的分析结果非常重要。
有限元分析中，常用的载荷包括静载荷和动载荷。
静载荷是指车架受到的稳定力量，如重力和离心力。
动载荷是指车架在运动过程中所受到的力量，如加速度、转弯力等。
通过分析这些载荷，可以评估车架在不同工况下的应力和位移。
在有限元分析中，有几个常用的分析方法。
首先是静力学分析，用于评估车架在静定力平衡下的应力和变形。
可以通过分析车架的应力云图，了解在不同载荷下车架的应力集中区域。
其次是模态分析，用于评估车架在振动中的固有频率和模态形态。
这对于避免共振和优化车架的动态性能非常重要。
最后是疲劳分析，用于评估车架在长时间运行下的疲劳寿命和耐久性。
这对于确保车架在极端运行条件下的安全性非常重要。
通过有限元分析，可以得到车架的应力、位移、变形等结果。
根据这些结果，可以对车架进行优化设计，以提高其结构强度和刚度。
优化设计的方法包括增加材料的厚度和强度，改变车架的结构形式等。
此外，还可以通过有限元分析，评估不同配置和材料对车架性能的影响，以选择最佳的设计方案。
总之，基于ANSYS的有限元分析是FSAE赛车车架设计的重要工具。
通过分析车架的结构强度和刚度，可以优化设计，提高赛车的性能。
基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析
基于ANSYS 的汽车车架结构有限元分析张进国1,程晓辉2,孙敬宜3(1.哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海 264209; 2.哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;3.烟台职业学院,山东烟台 264000)摘要:利用ANSYS 软件对车架进行有限元分析,以某8t 载货汽车为例,建立了车架结构的几何模型和以体单元s oli d92为基本单元的车架有限元分析计算模型,对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算,可为车架的结构改进提供依据。
关键词:汽车车架;有限元分析;ANSYS中图分类号:U 463.32 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2006)05-0063-02F i n it e E l e m e n t Ana l y s i s f o r F ram e Ba sed on ANSYSZ HA NG J in 2guo 1,C HE NG X ia o 2hui 2,SU N J ing 2yi3(1.The School of Au t o m o b ile Engineer i ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,W e i hai 264209,Chi na ;2.The School ofM echan ical Eng i nee ri ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,H arb i n 150001,Ch i na ;3.Yan tai Vocati onal Coll ege ,Yanta i 264000,Ch i na)Abs tr a c :t The fi n ite ele m ent ana l ysi s i s appli ed to t he fra m e of a 8t truck based on ANS YS .The geo me tr i ca lmode land t he fi n ite e l em ent analysis m o de lw it h t he soli d92ele m ent are bu ilt .Based on t he mode l s ,the stress and defor ma ti on of t he fra m e are calcu lated .It m ay be appli ed for t he i m prove m ent of the fra m e .Ke ywo r ds:F ra m e ;F i n ite e l em ent analysis;ANS YS 汽车作为交通运输工具之一,发挥着非常重要的作用。
基于ANSYS Workbench的边梁式车架有限元分析
图1车架三维模型图无阻尼模态分析是经典的特征值问题，动力学问题的运动方程为：结构的自由振动为简谐振动，即位移为正弦函数：2.2网格划分采用ANSYS Workbench中的Modal模块，把车架三维模型导入Modal模块进行网格划分时，对车架左右纵梁100多个装置用孔进行简化处理，进行自动网格划得到的网格效果如图2所示。
2.3模态分析结果式中，[M]是质量矩阵；[C]是阻尼矩阵；阵；{x}是位移矢量；{F(t)}是力矢量；{x′}是速度矢量；加速度矢量。
本文中以紧急制动工况下为例进行分析。
3.2紧急制动工况分析在汽车进行制动时模拟前轮抱死，后轮对Y方向与方向进行约束。
取动态系数为2.0，得到载荷为39300N匀加载在五个横梁上表面。
得到以下计算结果：车架最大应力发生在车架左前钢板弹簧支架体上，为71Mpa，横梁与纵梁以及加强板件接触位置应力在15Mpa左右，均满510L结构钢的力学性能。
在紧急制动工况下汽车车架不会破坏。
如图3-图5所示。
综上所述，车架在承受动载荷时，通过对满载弯曲、载扭转与紧急制动三个典型工况的分析得到车架最大受力部位发生在左前钢板弹簧支架体上为236Mpa可以满足车架力学性能要求。
4结论本文对车架三种典型工况下的动载荷进行了应力分析，对车架产生的应力，均满足材料力学性能，但在扭转工况下，车架横梁上的喇叭支架由于横梁的微变形其产生约结论。
由六阶模态下的车架变形云图可知，其最大变形多发生在左右纵梁与横梁的连接位置，建议通过对加固板件的设计来减小车架的变形，在不改变加固支撑板件的厚度条件下可以加大这些板件的长度与宽度，使他们能够承受更多的力，增加加固板件与左右纵梁的接触面积降低左右纵梁以及横梁所受到的压强进而降低车架的变形。
②ANSYS Workbench19.0的Static Structural模块对车架进行了静态分析得到了车架的受力云图，可以直观的得到车架最大受力位置，得到车架在最大受力位置仍然满足结构钢的力学性能。
基于ANSYS的装载机前车架结构的有限元分析
《装备制造技术》2018年第02期0引言装载机前车架与装配在其上的其余部件形成配合，是工作装置的基础部件，前车架的强度、刚度决定着整个机械的使用性能[1]。
本论文使用有限元分析软件ANSYS 对某装载机前车架作静力分析，获得在各典型工况下的整体应力应变分布情况。
这样就为装载机前车架的设计提供理论支持，达到了缩短设计周期、尽量增加经济效益的目的。
1前车架有限元模型建立在ANSYS 中建立前车架的模型。
如图1所示，选用SOLID45号实体单元，因为该单元用在构造三维固体结构的。
单元用8个节点来定义，每个节点有X ，Y ，Z 方向的3个平移自由度。
前车架结构材料用的是16Mn ，特性参数取为：弹性模量2e5MPa ，泊松比0.27，密度7.854E -6kg/mm 3，摩擦系数0.25.考虑到由于建模的时候模型很复杂，使用了很多很小的线段。
若直接用自由网格划分的方式进行划分会出现许多困难，这里先控制模型局部线段的划分长度，然后再用自由划网格的方法进行网格划分，如图2所示是前车架有限元划网格后的模型，划分单元数299351，节点数88834.前车架这种机构与工作装置、前车桥和后车架相连接，如图3所示是装载机整车图。
为了分析的方便，本文将用于连接前车架与后车架E ，F 点的销子固定起来；固定住前车架与车桥，并限制住车桥下棱线两头节点沿Y 向的平动自由度。
基于A N S Y S 的装载机前车架结构的有限元分析潘芳秦，王虎奇，王健（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）摘要：装载机是经常应用于各工程中的一种施工机器。
前车架与前车桥、工作装置和后车架相连接，是装载机的重要机构，也是它的重要部件。
其设计的高明程度对前车架的性能产生很大的影响，决定着整个装载机的使用效果。
用有限元的方法对装载机作结构分析，得到各种工况下前车架的应力和变形分布云图和结果，为优化设计提供必要的数据支持。
所以，装载机的设计过程中对前车架作分析是极其重要的一个步骤。
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
有限元分析是一种数值模拟方法，可以将连续体结构离散化为大量的
小单元，并通过求解线性方程组来确定每个单元的位移和应力。
这种方法
可以用于模拟复杂的工程结构和系统，例如汽车悬架系统。
在进行汽车悬架有限元分析时，首先需要对悬架系统进行几何建模。
根据实际情况，可以使用CAD软件绘制悬架系统的几何模型，并将其导入
到ANSYS中。
接下来，需要定义悬架系统的材料属性。
根据实际材料的力学特性和
性能指标，可以为不同的零件指定适当的材料属性。
然后，需要对悬架系统施加边界条件和载荷。
边界条件可以用来限制
模型的自由度，例如固定一些节点或面。
载荷可以是静态载荷（例如汽车
自重），也可以是动态载荷（例如行驶过程中的路面不平），这些载荷将
模拟汽车悬架系统在不同工况下的受力情况。
最后，通过求解有限元模型的线性方程组，可以获得悬架系统在不同
工况下的位移、应力分布等结果。
通过对这些结果的分析，可以评估悬架
系统的刚度、强度和振动特性，并进行必要的优化和改进。
汽车悬架有限元分析可以帮助工程师更好地理解悬架系统的工作原理
和性能特点。
通过这种方法，可以提前评估悬架系统在设计和制造阶段的
性能，并进行必要的改进，从而提高汽车的悬挂舒适性、稳定性和安全性。
总而言之，基于ANSYS的汽车悬架有限元分析是一种有效的工程方法，可以帮助工程师评估和改进汽车悬架系统的性能。
通过这种分析方法，可
以为汽车制造商和设计师提供有关悬架系统的有价值的设计数据，以改进
汽车的悬挂系统。
基于ANSYS的高空作业车臂架有限元分析
基于ANSYS的高空作业车臂架有限元分析发表时间：2017-10-23T12:14:26.840Z 来源：《电力设备》2017年第17期作者：张幸幸[导读] 摘要：以高空作业车臂架为研究对象，以ANSYS分析软件为工具，对其强度和刚度进行有限元分析，形成基于ANSYS软件平台的高空作业车臂架计算分析方法，为高空作业车的臂架优化设计和改进提供了有力的支撑。
（徐州徐工环境技术有限公司江苏徐州 221135）摘要：以高空作业车臂架为研究对象，以ANSYS分析软件为工具，对其强度和刚度进行有限元分析，形成基于ANSYS软件平台的高空作业车臂架计算分析方法，为高空作业车的臂架优化设计和改进提供了有力的支撑。
关键词：高空作业车；臂架；有限元高空作业车主要由底盘、副车架、转台、臂架系统、控制系统、工作平台组成。
其中，臂架是高空作业车最主要的关键部件之一，其安全性、可靠性和先进性是决定高空作业车核心竞争力的关键。
臂架作为将工作平台送至指定工作位置的主要部件，其可靠性对作业安全性的影响至关重要，因此，对臂架结构进行优化及提高可靠性的研究和攻关具有重要意义。
本文以30m高空作业车臂架为研究对象，充分利用有限元多种单元类型的特点，对臂架实现了建模，得到了臂架静态计算的变形与应力，为臂架结构优化及其可靠性的提升奠定了理论与实践数据相统一的基础。
1 臂架所受载荷的确定对于静强度分析，传统观点认为，臂架水平全伸时的工况是最危险工况，但是对于某些部件，从经验可以判断最大应力发生在其他作业工况。
为了更好的了解臂架的整体应力分布情况，对其各个作业工况都进行有限元计算是非常必要的。
作用在臂架上的载荷分为基本载荷和附加载荷，基本载荷是始终或经常作用在高空作业车臂架结构上的载荷，包括自重载荷、工作载荷；附加载荷是高空作业车在正常工作状态下，结构件所受的非经常性作用的载荷，包括风载荷和冲击载荷。
对于不同的载荷，在计算过程中需要乘上不同的载荷系数。
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析翟培培(西安石油大学机械工程学院,陕西西安710065)摘 要:采用某麦弗逊悬架参数,建立悬架系统的三维模型㊂利用ANSYS Workbench有限元分析软件对悬架进行了三种工况下的静力学分析,得出悬架的强度和刚度特性,并对悬架有限元模型进行了模态分析,将计算得到的悬架固有频率与汽车受到的其他激励频率进行对比,评价该悬架是否具有避开与车辆其他系统产生共振区域的性能,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础㊂关键词:汽车悬架 有限元分析 模态分析中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编号:1002-6886(2019)02-0061-04Finite element analysis of a vehicle suspension based on ANSYSZHAI PeipeiAbstract:The model of suspension system was established based on the parameters of McPherson.The static analysis of sus⁃pension under three working conditions was carried out using ANSYS Workbench,and the strength and stiffness characteris⁃tics of suspension were obtained.The modal analysis of the suspension model was carried out,and the calculated natural fre⁃quencies of the suspension were compared with excited frequencies of the vehicle to judge whether the suspension will pro⁃duce resonance.It provided a theoretical basis for future suspension design.Keywords:vehicle suspension,finite element analysis,modal analysis0 引言随着人们生活水平的提升,人们在追求汽车所带来的便利之外,还希望获得最大的乘坐舒适感㊂汽车悬架系统作为汽车底盘中的重要组成部分之一,不仅起到了支撑车身的功用,且其性能直接决定了乘坐者的乘坐舒适度和汽车行驶的平稳度,当车辆遇到不平路面时,汽车悬架可以将车轮上所受到的力和力矩转移到车身上,进而达到减弱道路对车辆的冲击,缓解承载结构震动的效果,所以,在车辆运行过程中,汽车悬架自身的性能直接决定了汽车能否正常行驶[1-2]㊂鉴于此,本文主要以某麦弗逊车前悬架系统为原型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对汽车悬架系统进行分析,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础[3]㊂1 悬架有限元模型建立1.1 悬架实体模型建立及模型简化本文在建立悬架实体模型时,考虑到选件零件比较复杂,装配比较困难的特征,利用Workbench自带的CAD接口,将模型导入其中㊂在Solidworks建立了悬架系统的弹簧㊁减振器㊁转向节㊁三角臂㊁球销等零件并根据悬架真实的工作环境进行了装配,得到实体模型如图1所示㊂根据模型的简化原则,对悬架作出了如下简化处理:对焊接和螺栓连接部分采用了绑定连接方式,球销与三角臂连接的方式选择Workbench连接关系中的球面副(spherical)㊂由于本次分析主要关心悬架关键零件的强度问题,因此弹簧和减振器不作为分析的主要对象㊂根据某麦弗逊悬架参数,建立了所关心强度变化的模型如图2所示㊂1.2 模型网格划分及材料定义网格划分是有限元求解过程中非常重要的一部分,良好而优质的网格不仅可以提高分析结果的精㊃16㊃图1 悬架三维模型图 图2 悬架简化模型度,同时可以提高分析的速度,减小分析过程出错率[4]㊂经过综合考虑所要分析的悬架结构,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四 图3 悬架网格划分面体实体单元,对着重考虑的区域进行了细化网格的处理,并对连接处的网格进行了修复,计算了网格的数量㊂网格划分后的模型如图3所示㊂装配体模型导入后,需要定义装配体的各个零件的材料,悬架各个零件所使用的材料性能直接影响悬架整体结构的强度和其他性能㊂表1 悬架材料属性表零件材料密度/(kg /mm 3)弹性模量/Pa泊松比转向节45CrMo 7.85E-6 1.78E110.27球销42CrMo7.85E-6 2.1E110.28三角臂SAPH4407.85E-62.07E110.32 不同工况下悬架结构强度分析1)车辆在运动时,受到的来自于不平路面的冲击;2)车辆在刹车过程中,受到的地面的冲击力和车辆本身的惯性力;3)车辆在转弯过程中,受到的来自车身内部与路面的力㊂分别求出上述工况发生时悬架的受力情况,并利用该力作为施加载荷,对悬架进行有限元分析,得出悬架在不同工况下的强度㊂2.1 不平路面工况当车辆行驶在不平路面上时,车轮受到来自地面的垂直载荷而向上跳动,此时的动载系数最大,悬架主要受到垂直于地面向上的力的作用[6]㊂带入车辆相关参数数据,经过计算可以得到车辆在经过不平路面时所受到的最大垂直载荷为11930N㊂利用ADAMS /Car 模块中的准静力学仿真功能,对悬架各点进行力学分析,得到转向节主轴承座处力大小为11869N㊂根据上述分析所得的结果,对悬架系统进行有限元分析,对悬架系统的转向节轴颈施加载荷,图4为悬架系统约束和加载情况㊂图4 不平路面工况下 图5 不平路面工况下 约束和加载 应力云图悬架在粗糙路面的应力分布云图如图5所示,应力最大值为139.39MPa,该值出现在转向节与减振器连接处以及下球销的轴颈处,其主要原因是由于汽车在通过不平路面时,受到来自于垂直路面方向的力,这使得下球销处受到了较大的垂直载荷作用,在此载荷作用下,三角臂绕球销转动,因此三角臂应力较小㊂图6 不平路面工况下 图7 制动工况下约束 位移云图 和加载图6是悬架系统在不平路面情况下的变形图,从图中可以看出,最大变形出现在转向节主轴承座处以及球销与三角臂连接处,这是因为三角臂两轴套处以圆柱副固定,汽车通过不平路面受到了垂直于地面的载荷的作用,三角臂绕穿过两轴套处的中心轴转动,因此使得上述两处出现较大的变形量㊂2.2 制动工况除了汽车在行驶过程中遇到的不平路面的工㊃26㊃况,制动工况也是不可避免的㊂这种工况较上一种工况略微复杂,因为车轮轮毅安装在轴承上,所以汽车在制动工况下转向节的中心受力处不会受到扭矩作用,汽车在刹车过程中只受到来自地面的垂直载荷Z ′max ,经过计算可得车轮的垂直载荷Z ′max 为6681N,制动载荷X ′max 为5345N㊂将所得数据输入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,得到的转向节主轴承座处受力为Z ′max 为6620N,X ′max 为5965N㊂在制动工况下对悬架系统进行有限元分析时如图7所示㊂悬架在制动工况下的应力分布云图如图8所示,该工况下最大应力值291.05MPa,应力主要集中在转向节与减振器连接处的下螺栓孔处和球销轴颈处,及球销处㊂悬架在制动工况下的变形图如图9所示,最大变形发生在转向节与制动盘连接螺栓孔的下方以及转向节与球销连接处,与实际情况相符㊂图8 制动工况下应力 图9 制动工况下位移云图 分布云图2.3 转向工况转向工况相对复杂,既要保持车身转弯时的平衡性能及各零件的正常运行,又要达到合理的转弯目的㊂因此使得汽车不仅受到来自于地面的力,还受到转弯过程引起的各种力,当汽车转弯时,受到指向转弯中心的向心力,该向心力是由静摩擦力充当的㊂经计算得,垂直载荷为4772N,最大横向载荷为3818N㊂将该数据代入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,可以求出关键点在仿真过程中的受力情况,求得转向节轴承座处载荷Z ″max 为4712N,Y ″max 为3787N㊂根据悬架实际工作情况,在对其进行转向工况下有限元分析时,其应力云图如图10所示㊂由图10看出在转向工况下,最大应力值为251.1MPa,出现最大应力的位置为转向节主轴承座止口处以及转向节与减振器连接臂下端,这是由于在转向工况下,悬架主要承受来自于横向的力,该横向力在悬架纵向平面内形成力矩㊂图10 转向工况下应力 图11 转向工况下位移云图 分布云图转向工况下的变形图如图11所示,最大变形发生在转向节与横拉杆连接处以及转向节与球销连接处,因为在该种工况下,转向节节臂由于横向力的作用而受到较大力矩㊂3 悬架模态分析3.1 模态分析的目的汽车在运动过程中,悬架承受着来自于地面的冲击载荷以及车身内部其他零件相互作用的载荷,大多数的载荷是动载荷,使悬架受到了冲击作用和振动作用㊂模态分析是动力学分析的基础,模态分析不仅可以确定悬架结构的固有频率,防止共振的产生,而且还能确定悬架在各类动载作用下的振动特性和振动规律[7-8]㊂3.2 模态分析及结论在模态分析中,结构的动力影响主要来自低阶振型,因此,结构的动态特性主要通过低阶振型判定,本文选取低阶模态进行计算求解㊂选取悬架整体㊁转向节㊁三角臂分别进行前6阶的模态计算㊂在模态分析中,固定方式为约束转向节和减振器接触处的6个自由度,在三角臂与副车架相连的两个位置选择圆柱副固定,即释放切向旋转自由度,固定其他所有自由度㊂网格划分如同前1.2节所述,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四面体实体单元,关键部位合理细化㊂经过分析求解悬架前6节固有频率如表2㊂为了更加直观的观察到模态的变化规律,方便与模态振型云图对比,绘制了前6阶固有频率可以绘制模态分布图,以横坐标为阶数,纵坐标为频率,如图12㊂㊃36㊃表2 悬架前6阶模态表阶 数频率/Hz 1271.992443.643515.234630.325700.336742.33图12 模态分布图不同阶数的模态都对应着不同的振型,通过观察振型可以找到悬架整体最大位移处,即最容易破坏的位置㊂列出1~6阶振型云图如图13-18所示㊂图13 悬架1阶模态振型云图 图14 悬架2阶模态振型云图图15 悬架3阶模态振型云图 图16 悬架4阶模态振型云图图17 悬架5阶模态振型云图 图18 悬架6阶模态振型云图通过模态振型云图可以看出各阶频率下悬架容易发生的共振的位置,高频阶段振动主要发生在三角臂处,低频阶段振动主要发生在转向节节臂,悬架的固有频率在271.99Hz 至742.33Hz 变化,将该频率与车辆在行驶过程中受到的来自于路面㊁发动机及其他因素引起的激励的频率进行对比,其中,高速公路和较好路面激励在5Hz 以下,发动机激振在100Hz 以下,其他条件的激励也维持在100Hz 以下[9],因此该悬架可以避免汽车在行驶中与汽车产生共振,设计较为合理㊂4 结论本文对悬架系统在不平路面工况㊁制动工况以及转向工况下,分别分析了静力学特性,得出了悬架在三种工况下的应力和位移云图,结合实际分析了悬架的强度和刚度特性㊂同时还对悬架系统进行了模态分析,得出了前6阶的固有频率,通过与汽车受到的其他激励频率相比,确定了该悬架系统不会与汽车发生共振现象㊂参考文献[1] 梁新成,黄志刚,朱亭.汽车悬架的发展现状和展望[J ].北京工商大学学报,2006,24(2):30-33.[2] 黄李丽.某型汽车悬架系统性能分析与研究[D 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汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
这种方法不仅浪费财力人力，而且生产周期长，研发效率低，不能适应现代产品高效开发的要求，且只能表征初始状态和最终状态，中间过程无法得知，因而也无法帮助相关人员了解问题的实质[1]。
随着计算机信息技术与相关学科和方法的迅速发展极促进了相关行业和科学研究地进步，出现了新兴的综合延伸高效的学科。
CAE作为一种新兴的数值模拟分析技术[1]，逐渐应用到更为广阔的科学研究领域中。
在某种意义上数值模拟比传统方法对问题的认识更加深刻，更为严谨，不仅可以分析问题的结果，而且还可以动态地、随时连续地观察事物的发展，细致地了解整体与局部的发展过程[1]。
其中，近年发展起来的各种数值模拟仿真方法如有限元、多体动力学、计算流体力学等技术在产品结构分析设计中得到大量应用，可以解决以往手工计算无法解决的许多问题，提高了行业竞争力，为企业带来了巨大的经济效益和社会效益[2]。
作为汽车总成的一部分，车架承受着汽车外各种复杂激励的作用，而且汽车上许多重要零部件都以车架为基体[3]，因此，设计出包括安全节能在的各方面性能良好的车架是重要的工作。
1.2 研究背景有限元法已成为汽车设计研制中的一个重要环节，在汽车研究的过程中，包括如车架、车桥、车身、悬架、发动机箱体、曲轴、离合器等总成以及NVH分析都要通过有限元进行校核和优化，大大的提高了汽车设计的水平和研发能力。
目前，车架进行设计时，设计研究人员通常会简化车架。
但是，简化车架容易导致两个问题：车架简化过多导致求解精度不够，容易使车架产生安全问题，同时为避免安全问题而使汽车设计过于安全，使资源耗费较多，增加了成本，不利于实现汽车轻量化和节能减排的设计理念；车架的设计与计算不同步，造成设计人员与制造人员沟通不顺畅，很难达到技术目标的质量和设计的要求，不利于提高车架设计人员的设计水平和生产效率。
现代车架设计已发展到包括动态仿真分析、优化设计等在的计算机分析、优化和仿真阶段[4]。
计算机技术与现代电子测试技术相结合已成为汽车车架重要的研究方法。
本文用ANSYS软件对某型运油车的车架进行静态与动态分析，对进一步研究设计提供了有效的理论依据。
1.3 有限元法的应用与发展有限元法（Finite Element Method ,FEM）是现代科学分析的一种重要方法。
它是20世纪60年代左右兴起的计算机技术及相关学科相互交叉，综合发展的新兴科学。
有限元法最初应用在工程研究中，用于分析并且解决热力学，电磁学等物理问题[5]。
（1）有限元法在国汽车分析中的应用与发展1965年我国著名数学家康教授发表的基于变分原理的差分格式的论文标志着中国独立的创立了有限元法[6]。
我国CAE技术的前进道路十分艰难。
20世纪70年代中期，理工大学研制出DDJ,JIGFEX有限元分析软件和DDDU结构优化软件；80年代中期，中国科学院梁国平团队独创了有限元程序自动生成系统（FEPG），标志着我国相关的有限元研究已跻进国际先列。
19世纪五十年代末左右，我国依靠传统的方法和经验对车架进行设计及强度校核，即依靠经典力学的经验公式，对车架结构作大量的简化设计[7]，计算过程繁琐且各方面性能很难达到要求。
大约是在七十年代末我国才把有限元法应用到车架的结构强度设计分析中[7]。
而就国目前情况来看，在有限元动态分析方面，主要集中在模态分析，但在汽车外各种复杂激励作用下的车架动态响应的情况方面研究不足，如果要进一步的对车架进行动态分析，则要分析研究车架在承受汽车外各种激励的状况。
（2）有限元法在国外汽车分析中的应用与发展1960年R.W. Clough在平面弹性论文中首次用“有限元法”这个名称[7]。
自从提出有限元法概念以来，有限元理论及其应用得到了飞速的发展[5]。
有限元法在国外汽车结构分析中已具有相对成熟的分析实施技术[8]。
欧洲从20世纪60年代末开始形成有限元静态分析[3]。
目前，国外大概在2年至3年之就能设计开发出新车型，这主要取决于车身CAD和建模仿真相关技术的迅速发展。
现代车架结构设计在传统经验方法的基础之上，转化为动态仿真分析的虚拟试验。
而随着应用领域不断扩展、求解速度大幅提升以及求解精度不断提高的同时，有限元分析也从强度，刚度等分析向节能轻量化方向发展[5]，如奥泰尔公司以福特公司的某一车架为研究对象，在不降低车架重要性能的前提下实现车架的轻量化设计，改进后的车架与原模型相比，重量降低23%，并且刚度也有所提高。
1.4 选题的目的与意义（1）论文选题的目的①运用有限元法对运油车的车架结构进行有限元分析，规分析步骤，为有限元在车架设计中提供基础，为技术人员提供参考，缩短生产周期，提高研发效率。
②对车架进行静态分析和动态分析，为车架设计提供理论参考，提高整车的设计水平与设计人员的设计水平，实现汽车各方面的性能要求。
（2）论文选题的意义①运用有限元对车架进行结构分析，为车架设计及生产制造的过程中提供理论基础，提高技术人员的设计水平和生产水平，缩短生产周期，提高研发效率，减少资源耗费，提高行业竞争力。
②对车架进行静态分析，了解应力与位移量的分布情况，为车架的设计提供理论基础，对薄弱位置进行优化，同时也可提高整车设计水平，提高包括安全与轻量化在的各性能参数。
③对车架进行模态分析，通过分析车架的固有频率与振型，为车架与整车设计提供理论基础，为NVH研究提供分析基础，对避免共振与提高乘坐舒适性与安全性有较好的参考价值。