车架有限元分析
山地车车架有限元分析及改进
凯 o 报道。而山地车又属自行车中的高端产品, 其设 计理论对其 它
类型自行车的开发具 有重要 的指 导作用。 鉴于 山地车 骑行 路
e 况恶劣, 因此其强度设计尤为重要。 O 有限元法作为先进的现代设计方法, 在产品 开发过程中 有 E m 着重要 的意义, 而 通过 A NSY S 进行数 字化 样车的 结构 检验,
[ 2] M cK enna S P, H ill M R. H ul l a singl e l oading dir ect ion f or f at igue l ife pr edict ion an d t est ing of h andl ebars for off- road bicycles [ J ] . Int ernat ional Journal of Fat igue, 2002, 24 ( 11) : 1 149 1 157.
2007 年 3 月
刘琨, 等: 山地车 车架有限元分析及改进
41
最大计算应力值均小于其许用应力, 同样满足 强度要求。
库
例
E案 n 表 1 不同改进方案最大应力值及其变化情况
A .c 原车架 方案一 方案二
C g 最大应力/ MPa
119 96
88
r 最大应力降低值/ MPa 0
23
31
模 .o 最大应力降低幅度 0 19. 33% 26. 05%
1. 1 模型的简化
如果直接 在 AN SY S 软 件环境 下建 模将相 当复 杂, 因此, 采 用
由图 1 可 以看出, 该车 架主要 由椭圆 变截面 弯管构 成, 若 了 Pr o/ E 软件作为几 何 建模 工具, 对后 悬架 进 行三 维实 体 建
基于ANSYS的车架有限元分析报告
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。
车架有限元分析
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。
基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析
基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。
该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。
在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。
首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。
有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。
通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。
例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。
其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。
在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。
通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。
最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。
例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。
我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。
总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。
通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。
为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。
首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。
假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。
我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。
接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。
车架的有限元分析及优化
车架的有限元分析及优化作者：马迅盛…文章来源：湖北汽车工业学院点击数：1687 更新时间：2008-8-5有限元法将设计人员丰富的实践经验与计算机高速精确的计算完美地结合在一起，大大提高了设计计算精度，缩短了产品开发时间。
概念设计阶段车架的结构方案参考某一同类型车架，考虑到车身安装和其他总成的布置，将概念设计阶段的车架大致结构拟定如下：选用框架式平行梯形车架结构，由2根左右分开的纵梁和8根横梁组成，全长6.3m，宽0.8m，轴距3.65m。
各梁的大致形状尺寸及板材厚度如表1所示。
除第3、4根横梁外，其他各横梁的尺寸与参考的同类型车架几乎相同。
由于参考车架的第3、4根横梁为上下两片形状复杂的钢板组合而成，无法用梁单元模拟，在概念车架中将之改用两根方型截面的等直梁代替。
第1、6横梁为非等截面梁，其宽和高分别由两个尺寸表示。
参考车架纵梁的前后两段和中间段的连接采用的是线性渐变的截面，在概念车架中用一等直梁来代替，等直梁的高度等于渐变梁的中间高度。
纵横梁上所有的孔及连接板都不予以考虑。
车架的有限元模型为了后续的优化设计，必须对车架进行参数化建模。
选择表1中车架纵横梁的截面尺寸为模型参数，先建立左半个车架的几何模型，选用ANSYS中的二节点12自由度梁单元BEAM188号单元采用不同的梁单元截面形式对其进行网格剖分；再将左边的几何模型和网格模型进行映射得到右边车架模型，最终合并对称面上的节点使左右车架模型“牢固的”“粘结起来”。
在ANSYS中用BEAM188单元实施网格剖分时，为了保证单元的正确方向，应事先定义该单元的方向点并检查所要剖分的线的法向。
单元截面形状和偏置量需用命令SECTYPE、SECOFFSET和SECDATA设定。
单元总数为312，节点总数为626。
网格剖分并映射后车架模型如图1所示。
图中显示出了梁单元的截面形状。
图1 车架的有限元模型边界条件车架刚度有多种，其中最重要的是车架的弯曲刚度和扭转刚度。
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。
汽车底盘车架设计中的有限元分析技术应用
汽车底盘车架设计中的有限元分析技术应用对于汽车制造商和设计师来说，设计一款坚固、耐用且安全的底盘车架是至关重要的。
在现代汽车设计过程中，有限元分析技术（Finite Element Analysis, FEA）被广泛应用于底盘车架设计中，以保证其结构的可靠性和性能。
本文将探讨有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用，并介绍其在结构优化、材料选择和碰撞安全等方面的重要作用。
有限元分析技术是一种计算求解结构力学问题的数值分析方法，通过将底盘车架分割成有限个小单元（有限元），借助计算机进行离散化求解，从而得到车架在外力作用下的应力、应变、位移等力学响应。
这一计算模型可以准确描述车架的力学特性，并预测其结构行为。
首先，有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用之一是结构优化。
通过对车架的有限元模型进行各种负载条件和约束条件的分析，设计师可以确定哪些局部区域受到最大的应力，从而确定哪些地方需要加强或重新设计。
例如，在汽车底盘车架的连接点和受力集中的区域，可以使用有限元分析来评估应力分布情况，以确保其强度和刚度满足设计要求。
此外，有限元分析还可以帮助设计师优化车架的减重设计，在保证结构安全性和刚度的前提下最大限度地降低车重，提高燃油经济性。
其次，有限元分析技术在材料选择方面也发挥着重要作用。
通过在有限元模型中引入不同材料的特性参数，设计师可以比较不同材料组合的效果，选取最佳材料以满足设计要求。
例如，比较不同材料的强度、刚度、耐腐蚀性等特性，以在保证结构安全性的前提下选择最轻最强的材料。
这种材料选择的优化可以有效地提高整个车架的性能，并且在节约成本的同时提高车辆的可靠性和可维护性。
最后，有限元分析技术在碰撞安全方面也具有重要意义。
通过对车架在碰撞事故时的有限元分析，设计师可以模拟和预测车辆受到冲击后的结构变形、应力分布和吸能能力等。
这对于汽车碰撞安全的设计和评估非常重要。
通过有限元分析的结果，设计师可以根据不同碰撞力的作用方式，合理设计车架吸能结构，以保护车辆内部乘客的安全。
基于UG的某电动三轮车车架有限元分析
基于UG的某电动三轮车车架有限元分析【摘要】本研究基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析。
文章首先介绍了研究背景和研究意义，然后详细讨论了车架结构设计、有限元分析模型建立、载荷及边界条件设置、应力分析和变形分析。
通过对车架的有限元分析，得出了应力和变形的分布情况。
结论部分总结了分析结果，提出了优化建议，并展望了未来研究方向。
本研究为提高电动三轮车的结构强度和稳定性提供了理论指导，对于优化设计和改进性能具有重要意义。
【关键词】关键词：UG、电动三轮车、车架、有限元分析、结构设计、载荷、边界条件、应力分析、变形分析、优化建议、研究背景、研究意义、分析结果、展望未来。
1. 引言1.1 研究背景目前，关于电动三轮车车架的有限元分析研究还比较有限，大部分研究都是基于传统的车架设计理念，缺乏针对电动三轮车特殊结构和载荷的分析。
本研究旨在基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析，探讨其在不同载荷条件下的应力分布和变形情况，为其优化设计提供可靠的理论依据。
通过对电动三轮车车架的有限元分析，可以深入了解其受力情况，找出潜在的弱点和改进空间，提高车辆的安全性和稳定性。
也可以为今后电动三轮车车架的设计和研究提供一定的参考和借鉴。
这一研究具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究意义电动三轮车作为新型交通工具，其车架结构设计对车辆性能和安全性有着至关重要的影响。
通过有限元分析方法对电动三轮车车架进行研究，可以为车辆设计和制造提供重要的参考和指导。
具体来说，有限元分析可以帮助分析车架在不同载荷下的受力情况，预测车架在运行中可能发生的应力和变形情况，进而优化车架结构，提高车辆的安全性和稳定性。
通过有限元分析还可以对电动三轮车车架在不同条件下的性能进行比较，找出潜在的问题并及时加以解决。
这对于提升电动三轮车整体性能、降低生产成本具有重要意义。
对电动三轮车车架进行有限元分析研究具有重要的理论和现实意义，对推动电动车行业的发展和进步具有积极作用。
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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,横梁截面可为槽形、闭口矩形或圆管。
纵梁和横梁的连结方式有焊接、铆接和螺栓联结等。
其连结接头几何形状各异,应力分布复杂根据是否考虑接头的真实形状,边梁式车架的结构计算方法可分为两大类2.2.1不考虑接头形状有:最小变形能法、Erz法、传递矩阵法和空间梁有限元法。
其不足之处,一是忽略了接头的柔度,而它对车架变形和杆端力矩的计算却很有影响。
二是无法确切计算接头区域的应力分布,而这对于车架的设计和优化却很重要。
三是只用梁单元,不能反映设计的修改,如接头形状和连接形式的改变2.2.2考虑接头形状有:完全法和混合法。
完全法用板壳单元来离散整个车架,可用于纵梁并不均匀平直的刚架,缺点是用的单元和自由度数目庞大,且计算的前后处理工作量大;混合法是交替使用了有限元和矩阵立法。
为比较完全法和混合法的计算精度,德国学者做了一个基础试验:对一段仅有一格两根横梁的车架模型,分别用两种算法进行扭转工况的对比计算,将结果与试验相比,混合法的误差仅为3%,而完全法则大得多在进行车架有限元分析时必须考虑接头形状。
例如对于一个长5”smm,含5根横梁的货车车架,用一般梁单元计算的扭转刚度仅为测值的1/3,车架水平弯曲时,该法求出的与考虑接头形状的相比,纵梁上最大弯矩误差达50%,第三和第四根横梁弯矩误差甚至高达100肠[2j。
内力误差大,就很难设想会求得准确的应力,不考虑接头形状的传统算法将接头看作刚性的特点,而各种车架接头的柔度相差几十甚至JL百倍2.3等效载荷的简化计算结果的真实值和可信度与模型的建立和载荷的简化有直接的关系。
早期的车架强度计算是将车架简化为简支梁,只做弯曲强度的校核,随着有限元的发展和推广,国内汽车行业已将有限元法应用于车架的强度计算,但货箱与车架相连的部分,应力的计算值与货箱和车架之间等效载荷以及相互刚度关系简化模型有关,直接影响计算结果。
通过分析可得出以下几点结论a·货车货箱和车架之间的作用力是以集中力的形式传递的。
b.货箱和车架共同承受弯曲载荷,货箱承受能力与货箱刚度有关。
因此在车架应力的有限元计算中考虑货箱的刚度贡献。
“·货箱的结构形式对车架的受力影响显著[5j。
3车架的动态分析对车架进行强度分析的同时还要考虑其合理的动态特性以达到控制振动与噪声的目的。
国外从70年代开始,对汽车结构的动态特性研究迅速开展并卓有成效。
《SAEPapor》近年来刊登了大量的文章,并由SAE在1974年和1977年召开了两次车辆结构力学的国际会议,出版了文集,车架的动力学分析也是在1971年刚刚开始的,计算频率与试验误差达20%。
国外一般采用NASTRAN.SAP等大型计算程序并研制专用程序,自由度数少则几百多则上万。
车架结构一般采用梁单元,车身采用板单元或只承受剪力的板单元和梁单元的组合。
对于整车结构的动力学分析由于自由度过高,计算很不经济,因此近年来发展了子结构的方法,分析各子结构而后进行模态综合。
国内已应用有限元法对汽车车架进行了静力计算。
在文献【6〕中应用大型结构软件SAP.SP对货车车架进行了动态分析和试验模态分析。
在进行模态分析时,因结构阻尼较小,对固有频率和振形影响甚微,故忽略不计。
而汽车车架一般只需要计算较低的几阶频率(高阶振形对结构的动力特性影响很小),并可直接对结构设计进行评价,其评价指标为:a.车架低阶频率(即一阶扭转和弯曲频率的值)应高于悬架下结构的固有频率,而又低于发动机怠速运转频率,以避免发生整体共振现象。
b.车架弹性模态频率应尽量避开发动机经常工作的频率范围。
c.车架振形应尽量光滑,避免有突变。
通过分析提供的信息,对该车在使用中发生的故障进行了诊断,提出了相应的改进措施,从而使该车具有更好的动态特性。
4车架结构优化4.1车架结构元件参数的优化通过对汽车车架性能特点的分析,提出边梁式车架结构参数的优化数学模型,讨论车架在一定的约束条件下,采用复合形法、混合罚函数法寻求各梁截面参数的最佳值,达到合理利用材料、减轻车架自重的目的。
在保证车架强度的同时还要保证具有一定的扭转刚度。
过大的扭转刚度将增大扭转应力,并使平顺性变差(武田信之:《载货汽车设计》)。
从早期通过试验所得出的一些结论可以看出,若加大横梁的扭转刚度,可以提高整个车架的扭转刚度,但与该横梁连接处的纵梁的扭转应力会加大;如果不加大横梁,而是在两根横梁间再增加横梁,其结果是增强了车架的扭转刚度,同时还降低了与横梁连接处的纵梁扭转应力。
据此,国外所采用的轻而密的横梁,显然对于车架的应力状态十分有利。
有限元计算也表明了这一结论的正确性[7j。
在对车架进行强度分析过程中,车架与横梁之间的连接对其分析结果有很大的影响。
采用较柔软的接头一般使对强度起决定作用的扇形正应力降低,但同时也降低了扭转刚度。
当扭转刚度一定时,提高接头柔度和增加横梁数目有利于改善强度,但使车架质量增加。
车架质量一定时,使用数目较少的、截面尺寸较大的横梁对强度有利。
当然,车架优化还要考虑接头区域的应力分布,观察车架的横向弯曲等4.2考虑车架整体布局进行优化以往较为成熟的研究工作几乎都集中在结构截面尺寸及形状优化方面,这是在结构布局已经决定的情况下进行的。
优化设计能产生的效果也限定在布局之内。
现在,许多专家认为,应该在结构设计的初步设计阶段引人结构优化,即在应力约束下车架的结构拓扑优化设计。
它是在给定外力及支撑的条件下,确定连续体的布局,同时满足各种设计要求,在确定拓扑的同时确定了结构的形状。
该种方法是根据汽车车架的结构和受力特点,用薄板结构尺寸优化方法的数学模型来描述,建立了汽车车架结构拓扑优化模型,利用满应力法对汽车车架进行拓扑优化设计。
它是属于静力优化问题,而动态状态下的结构最优布局仅靠经验是无法解决的。
从实用角度看,结构拓扑优化设计只是一种概念性设计,实际设计时需进行一些修改,因此,实际工作中的车架和优化结果不一定完全一致,那么修改后会有什么影响这就要求对优化结果进行研究,寻求稳定性好的结果。
5结论通过对车架有限元分析技术的全面概括,可得出以下结论:5.1采用板壳单元离散车架、加载方式以集中力的形式、计算方法为混合法的有限元分析模型能克服其他模型的弊病,使车架分析系统的可信度和可操作性加强。
5.2通过对车架的动态分析,找出其低阶振动频率,避开发动机经常工作的频率范围,达到控制振动和噪声的目的。
5.3在纵梁之间增加横梁,即增加了车架的扭转刚度,同时还降低了与横梁连接处的纵梁扭转应力参考文献1..庄继德.汽车车架计算方法和结构优化变量综述.汽车工程,1996(6)2.,历辉.货车车架的等效载荷简化.汽车工程,194(5)3..郑兆晶.汽车车架的固有频率和振型计算.汽车技术,1982(2)4.肖专文.有限元应力计算结果改善处理的一种实用方法.计算力学学报.19995.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，2007，6.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，20047.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，2008，8.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，2008，9.吴立峰.优化设计模型及方法的综述[J].石油规划设计,1992,3(2):23-26.10.杨朝丽.计算机辅助工程(cae)发展现状及其应用综述[J].昆明大学学报,2003(2):50-54.11.方世杰,綦耀光.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2003:28-161.12.王秋珍.机械优化设计的几种方法及评判指标[J].重庆工学院学报,2006,20(8):52-56.。