重型半挂车车架有限元分析
半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告
半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告一、研究背景和意义随着交通运输业的发展，半挂牵引车的使用越来越广泛，而对其安全性能的研究也越来越重要。
传统的半挂牵引车结构设计多采用经验式或试错方法，难以充分考虑车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，因此需要采用有限元方法对其整车结构进行分析和优化设计。
本研究旨在通过有限元分析方法，建立半挂牵引车整车模型，对其结构进行静力学和动力学分析，探索提高半挂牵引车结构的安全性能和效率的途径，为半挂牵引车的工程设计和制造提供理论依据和技术支持。
二、研究内容和方法本研究将采用有限元分析方法，建立半挂牵引车整车模型，研究其静力学和动力学性能。
具体研究内容包括：1. 建立半挂牵引车整车有限元模型，包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
2. 对半挂牵引车整车进行静力学分析，计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况，并分析其承载能力和耐久性。
3. 对半挂牵引车整车进行动力学分析，模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，计算其对车辆性能的影响。
4. 优化半挂牵引车整车结构设计，探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
本研究主要采用理论分析和计算机仿真方法进行。
三、研究计划本研究计划分为以下阶段：1. 文献调研和理论分析，研究有限元分析方法在半挂牵引车整车结构分析中的应用，明确研究的目的和内容。
2. 建立半挂牵引车整车有限元模型，包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
3. 对半挂牵引车整车进行静力学分析，计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况，并分析其承载能力和耐久性。
4. 对半挂牵引车整车进行动力学分析，模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，计算其对车辆性能的影响。
5. 优化半挂牵引车整车结构设计，探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
6. 编写研究报告，总结研究成果，并提出进一步研究的方向和建议。
四、预期成果和意义通过有限元分析方法，本研究将得到半挂牵引车整车结构的静力学和动力学特性参数，为提高半挂牵引车结构的安全性能和效率提供技术支持。
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Hyperworks的半挂车有限元分析
基于Hyperworks的半挂车车架结构分析与改进在设计车架过程中，车架材料主要应用QH70钢或16Mn低碳钢等，全铝制车架出现得非常少，在满足车架的强度刚度的情况下，铝制车架相比钢制车架能够减轻重量，提高负载，提高车辆的使用寿命，给物流公司提高运输效率，大幅降低物流成本。
因此，对铝制车架的研究是现在非常重要的趋势。
1 某型号半挂车车架介绍某厂的全铝半挂车结构纵梁采用工字梁结构，长度12950mm，工字形断面，高度485mm，采用6061T6铝合金组焊。
横梁采用整体贯穿式，槽形断面高100mm、宽48mm，采用厚3.5的6061T6铝合金板冲压成形。
纵梁之间不等距布置7根加强横梁。
车架前部缩颈，底部焊接有牵引销支承板并焊接着牵引销，中部安装支腿，后部焊接弹簧支架，前、后焊接保险杠横梁。
半挂车外形和具体结构如图1、图2所示。
其主要部件有车架、支腿、箱板、护栏、悬架、轮胎、备胎架等。
其中，主要由各种纵梁和横梁构成的底架是构成车架完成承重运输的核心部件之一，如图3。
半挂车主要的技术参数如表1所示。
2 建立车架的有限元模型根据某半挂车厂提供的二维设计图纸，在用proE建立模型之后，用igs文件导入到HyperWorks分析软件的hypermesh前处理软件，导入HyperWorks软件中的几何模型如图4所示。
2.1 网格的划分对车架结构的每个零件分别抽取中面，在中面上进行壳单元的网格划分，经过粗略计算，需要网格限制在软件允许范围内，为主纵梁和边梁划分20mm的网格，对其他横梁、加强梁等件划为10mm的网格，对于所加约束附近与孔附近，需要进行网格细密处理，壳单元网格划分好后，根据图纸，在零件之间的焊接连接处，用weld焊接单元模拟焊接连接，在螺栓连接处，用两个rigids刚性单元之间用Cbeam 杆单元连接来模拟的螺栓连接，使建立的半挂车车架有限元模型能够最真实反映实际车架的力学性能。
图5为网格划分局部放大图。
重型载货汽车车架结构的有限元仿真及优化
优化方案
优化方案
根据有限元仿真结果，针对重型载货汽车车架结构的薄弱环节和潜在问题， 提出以下优化方案：
优化方案
1、结构改进：对车架结构进行优化设计，减少不必要的焊接部位，增加结构 强度。例如，采用局部加强板或增加加强筋等方式对车架关键部位进行加固。
优化方案
2、材料替换：采用高强度材料替代传统钢材，如铝合金、高强度钢等，以减 轻车架重量，提高抗疲劳性能。
优化方案
3、尺寸调整：通过对车架结构的关键部位进行尺寸调整，优化结构布局，提 高承载能力。例如，调整横梁和纵梁的长度、宽度和高度等参数，以改善车架的 抗弯和抗扭性能。
优化方案
4、增加附件：如加强板、减震器等附件，提高车架的抗载荷能力和减震效果。
优化效果
优化效果
实施上述优化方案后，重型载货汽车车架结构的效果显著。以下是优化效果 的几个方面：
结论
结论
本次演示通过对重型载货汽车车架进行有限元分析，了解了车架的应力、应 变分布情况，并提出了优化建议。这些建议对于提高车架的承载能力和稳定性具 有重要意义。在实践中，可以根据具体需求和条件，综合考虑选择适合的优化措 施。有限元分析作为一种有效的数值模拟方法，可以为重型载货汽车车架的设计 和优化提供重要参考。
1、结构强度提高：通过结构改进和材料替换，车架的强度得到了显著提高， 能够有效应对各种复杂工况下的载荷。
优化效果
2、重量减轻：采用高强度材料和尺寸调整，车架重量得到了显著减轻，从而 提高整车的燃油经济性。
优化效果
3、疲劳性能改善：优化后的车架结构具有更好的抗疲劳性能，减少了车辆在 使用过程中的断裂等现象。
Байду номын сангаас
参考内容
引言
半挂牵引车车架强度的有限元分析
2 邓楚南 ,何天明. 半挂车车架有限元强度分析. 武汉汽车工业大学 学报 , 1997 ( 2) : 10～13
3 李德信 ,吕江涛 ,应锦春. SX360 自卸车车架异常断裂原因分析. 汽车工程 , 2002 (4) : 348～352
4 周志革 ,王金刚. 轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析. 汽车工 程 , 2004 ( 2) : 229～232
97
99. 5
97. 5
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表 5 ZH1110 柴油机消声器台架试验对比数据
项 目
无消声器 原消声器 新消声器
测点 ③处总的声压级 / dB (A ) 消声器的衰减量 ΔL / dB (A )
功率损失 / kW
功率损失百分比 / %
标定工况燃油消耗率 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加值 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加百分数 /% 整机噪声 5 点 加 权 平 均 声压级 / dB (A )
2 载荷与工况的确定
2. 1 载荷条件的确定 车辆满载时作用于车架上的载荷包括动力总成
和驾驶室及乘员以及来自于挂车鞍座处的挂车载荷 。 在计算过程中 ,将车架质量平均分配到各单元上 ;其 中动力总成为 5 000 N、驾驶室及乘员共重 5 000 N ,这 两个力分别按照安装位置分配到相应的支承节点上 ; 挂车载荷为 227 500 N,此载荷通过挂车鞍座施加给 牵引车车架 ,应将其分解为两个集中力和力矩分别作 用到鞍座左右两孔中心处 ,如图 2所示。
由图3可知原始设计方案和改进设计方案在不同工况下主要应力集中部位都在侧翼板前部的螺栓连接处危险位置i和前钢板弹簧后吊耳固定处危险位置并且改进设计中侧翼板前部螺栓连接处的应力集中部位随着侧翼板向前的延伸而前移图3b
半挂牵引车车架有限元分析的开题报告
半挂牵引车车架有限元分析的开题报告题目：半挂牵引车车架有限元分析一、选题背景和意义：半挂牵引车是一种常用的运输工具，其安全稳定性对于交通运输行业至关重要。
车架是半挂牵引车的主体结构，负责承载车身和所装载物品的重量和力量，因此其结构安全性是半挂牵引车运行安全的重要保障。
有限元分析是一种理论计算方法，可以模拟实际的结构受力情况，对于车架的结构设计和优化具有重要的意义。
二、研究内容和方法：本研究将以一辆半挂牵引车的车架为研究对象，利用有限元分析软件进行车架的有限元建模，通过加载不同的载荷，分析车架的受力情况，找出车架的薄弱环节，并提出相应的优化方案。
研究方法主要包括以下几个步骤：1.车架有限元建模采用有限元分析软件对半挂牵引车的车架进行建模，选择合适的单元类型和网格划分，构建数值分析模型。
2.载荷分析根据实际情况，确定车架承受的载荷情况，在有限元分析软件中加载各种载荷，如静载荷、动载荷等。
3.应力分析利用有限元分析软件分析车架的应力分布情况，得出车架的最大应力和应力集中点位置。
4.应变分析利用有限元分析软件分析车架的应变分布情况，得出车架的最大应变和应变集中点位置。
5.结构优化根据有限元分析结果，找出车架的薄弱环节，提出结构优化方案。
采用有限元分析软件对优化方案进行验证和优化。
三、预期结果和意义：通过本研究，可以建立半挂牵引车车架的有限元模型，分析车架在不同载荷作用下的受力情况，找到车架的薄弱环节，提出优化方案，最终得到经过优化的车架结构。
这些结果可以为半挂牵引车车架结构设计和优化提供参考，提高其安全性和稳定性，减少车辆事故的发生，为国家交通运输事业的发展做出贡献。
基于有限元的半挂车车架阵型模态分析
基于有限元法的半挂车车架振型与模态分析汽车服务工程专业丁建建指导老师吴永海摘要车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。
随着汽车工业的高速发展，对汽车的性能要求越来越高，这使得传统的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。
有限元法的飞速发展为车架的结构性能的计算分析带来了新的革命。
本课题采用有限元方法对HYG9386半挂车车车架结构进行振型模态分析,运用Solidworks对车架进行三维建模,通过Ansys软件进行模态分析,计算了车架在施加位移约束下的前二十阶模态特性，识别出车架振型的模态参数,获得了车架在该状态下的固有频率和振型特征。
关键词半挂车，车架，有限元，模态分析1绪论1.1研究的目的和意义车架作为支承连接汽车的各零部件是汽车的主要骨架之一，它是整个整个汽车的基体。
整车的绝大多数部件和总成(包括地板、侧围、悬架和发动机等)都是通过车架来固定位置的,它将汽车的各总成有机连成一体。
汽车在行驶过程中作用在汽车各部件上的载荷都是动载荷，结构上产生的位移、应力、应变不仅随其在结构中的空间位置变化，车架要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来自路面和车桥的激振。
当载荷的频率与结构的某些固有频率接近或相等时，结构将产生强烈的共振，从而引起很高的动应力，它会使汽车各部分之间产生剧烈振动，会出现噪声过大，早期损坏汽车的某些部件的现象，降低汽车的使用寿命。
设计中除了要有足够的强度、足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度保证汽车对路面不平度的适应性外，合理的振动特性也是十分重要的，因此车架对整车的刚强度、抗疲劳等性能和汽车的振动频率有非常重要的影响。
车架结构的模态分析是汽车新产品开发中结构分析的主要内容，尤其是车架结构的低阶弹性模态，它不仅反映了车架的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。
半挂牵引车车架结构强度有限元分析及优化
架 的强 度 和 刚度 影 响不 大 ， 大 大 提 高计 算 量 ， 响 单元 却 影
质量从而降低计算精度 ， 因此 ， 模 型 简 化 过 程 中 ， 略 在 忽 了这 些几 何 细节 。车 架 附件形 状 和结 构 较复 杂 ， 考虑 到对 车架 的应 力 贡献 ， 作 了适 当 的简 化 。建 立 相应 的车 架有 也
摘 要 ： 对 某半 挂 牵 引车 车 架 建立 了有 限 元 分析 模 型， 针 并应 用有 限元 分 析软 件 对 各种 工况 下 的车 架 强度 进 行 了有 限元 分析 ， 为半挂 牵 引车车 架的 设计 及 改进 提供 了参 考依 据 。 关键 词 ： 挂 牵 引车 车 架 强 度 有 限元 半
在 平衡 轴横 梁处 车 架 两侧 铆 接厚 度 为 ８ ｍ 的侧 角板 。改 ｍ
进 前原设 计 车 架结 构如 图 １ 示 。 所
半挂 牵 引车 车架 是 通 过悬 架 、车 轮 支撑 在 路 面上 ， 为 得 到 半 挂 牵 引车 车 架 在 实 际使 用 过 程 中的真 实 应 力 分布
簧 单 元 ， 了模 拟 钢 板 弹簧 与车 架 之 间 的装 配关 系， 之 为 使
能 够 相 互 作 用 ， 成 一 个 整 体 ， 单 元 与 弹 簧单 元 的 连接 形 梁
图 １ 原 车架 结 构 示意 图
全 部 用多 点 约束 模 拟 ，为 了消 除车 架 的整 体 刚性 位 移， 还 应 将 前后 钢 板 弹簧 中心 施加 位 移约 束 。 车架 除 承受 载重量 以外 ， 为 主要 的联接件 ， 作 还承 受驾 驶 室 、 动机 、 发 油箱 、 电瓶箱 等 附件 的重力所带来 的载荷 ， 各
状 况 ， 须 考 虑悬 挂 系统 的变 形 情 况 ， 必 将悬 挂 系 统 与 车架
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重型半挂车车架有限元分析
作者：北京理工大学林程陈思忠吴志成
摘要：本文采用了参数化建模方法建立了60t 重型半挂车车架有限元模型，采用了曲棱四面体等参单元，比传统方法提高了建模效率和可修改性以及计算精度。
文中介绍了车架有限元模型的简化方法和不同工况下的力学模型抽象方法，根据计算结果，改进了结构并进行了验算，最后对有限元计算误差产生的可能原因进行了论述。
关键词：车架半挂车有限元方法参数化建模
1 前言
泰安专用汽车制造厂开发研制的重型半挂车将承担60t 坦克的运输任务，为了全面了解该半挂车车架在不同工况下的强度和刚度状况，确定应力危险点、进行优化分析等，对其进行了有限元分析。
分析计算利用Pro/Engineer 软件对车架进行了三维实体参数化建模，并将模型导入Ansys 软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理。
该方法的优势在于充分发挥了这两种的优势，Pro/Engineer 软件是功能强大的参数化建模软件，可轻易实现三维实体模型的建立和修改；而Ansys 软件是著名的工程分析软件，但在建立象半挂车车架这样复杂的实体模型方面，明显能力不足。
现通过接口程序实现模型传递，将两种软件有机结合起来，取得了很好的效果，具体流程参见图1。
图1 有限元计算流程
2 车架参数化建模
2.1 车架结构特点分析
半挂车车架包括两根纵梁和若干根横梁，皆为厚板和型材组焊而成。
车架前部可通过牵引销连接牵引车，中前部可停放坦克，左右侧分别装有工具箱和备胎等附件，尾部可连接渡板。
表面铺有压花铝板和若干防滑条，下部通过相互串通的空气弹簧连接五个车桥。
车架为对称结构，但受力不对称。
表1 计算中采用的主要半挂车参数
2.2 结构简化
根据车架的结构与工作特点，在有限元分析计算前将对车架划分实体单元，因此需进行实体建模。
但在实体建模时应充分考虑未来划分单元的密度和质量，必须尽量在不影响精度的前提下对模型进行简化。
简化工作主要包括：
(1) 忽略了刚性较差的4mm 压花铝板（平板）
(2) 忽略了细长的防滑条进行
(3) 对结构中细小的结构（如细小的倒角等）进行简化和忽略在Pro/Engineer 软件中对挂车车架进行参数化建模，装配模型如图2 所示。
图2 车架参数化建模
3 单元类型选择与网格剖分
车架的形状复杂，尺寸变化大，纵梁的板厚达到36mm，而宽度只有160mm。
一般传统采用板壳单元对车架进行网格划分，但很明显，本车架不满足采用板壳单元形态要求，如果采用板壳单元计算精度会受到影响，但如果采用八面体单元或其它精度较高的实体单元，计算开销太大，这些单元也无法适应本模型的复杂程度。
为此采用了能较好适应不规则形状而且能满足一定精度要求的曲棱四面体等参单元（solid92），如图3 所示。
该单元是十节点二阶单元，每个节点具有x，y，z 三个方向的自由度。
图3 曲棱四面体等参单元
单元尺寸的确定综合考虑了计算精度和计算开销等因素，对于纵梁和牵引座等厚大件采用了较大的单元尺寸，而对横梁和其他较薄的零件采用了较小的单元尺寸，自动网格划分后手工对过渡区域进行处理。
划分后车架的单元数量为365487，PIII/256M 以上微机在三个小时内可以完成一个工况的解算工作。
图4 车架单元划分（局部）
4 各工况有限元计算分析
通过对该半挂车可能出现的典型工况和极限工况，分别进行力学分析，确定边界约束条件和载荷状态，再进行解算和分析。
该半挂车车架主要结构都采用优质合金钢，材料的屈服极限σs 都在450MPa 以上。
安全系数取1.4，因此许用应力为：
[σ] =450 MPa/1.4˜=321MPa
4.1 牵引起步时，坦克处于车架上标准停放位置时的有限元分析
该工况车辆处于缓速起步状态，应对牵引部分施加牵引力。
起步牵引力应等于拖车部分的滚动阻力，即：F = Ff = w×f
式中w——半挂车车架（包括坦克）对路面的垂直载荷；
f——水平公路的滚动阻力系数。
对悬架支点进行垂直自由度约束，对牵引座进行垂直自由度约束。
重力载荷包括坦克、半挂车车架及车架附件等。
图4 为计算后的Von Mises 应力分布图。
图中显示该工况下的最大应力SMX 为110MPa，位置处于半挂车车架前部鹅颈处，小于材料的许用应力。
图5 为计算后的垂直方向应变分布图，最大变形为2.3mm，。