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
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。
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。
基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用
基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用作者：牟昊来源：《硅谷》2011年第07期摘要：通过构件装配的方法对湖北三环专用汽车公司STQ3062L2Y33型号的货车车架建立车架三维模型，利用软件ANSYS对车架进行有限元建模。
同时进行动态有限元分析，并对分析结果进行研究，得到车架变形和应力变化规律。
关键词：货车车架；ANSYS；动态分析；有限元分析中图分类号：U463 文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0410128－01车架是发动机﹑底盘和车身各个总成的基础，是关键的承载部件，所以研究车架的强度和动态特性十分重要。
由于汽车运动具有随机振动的特点，车架是受随机载荷的作用，这给车架动应力的计算带来一定的困难。
随着计算机应用的快速发展，诸多大型仿真软件应用于汽车仿真技术上，使得在计算机上就可以对汽车车架进行逼真的动态仿真分析。
本文基于ANSYS软件对湖北三环专用汽车公司型号为STQ3062L2Y33的货车车架进行研究。
1 车架的模态分析1.1 车架有限元模型及振型本文车架建模采用CATIA中的曲面设计，通过装配的方法对车架进行仿真建模，再将模型导入ANSYS中划分单元格。
进行模态分析时，唯一有效的“载荷”是零位移约束。
本文运用子空间法分析其自由模态，所以对车架不做任何处理。
计算得到车架前15阶固有频率的值，见表1。
表1各阶模态计算结果可以看出第一阶到第六阶车架振型只是简单的平移或者旋转，这是因为分析的是自由模态，并没有对其施加约束，所以前六阶振型对整车的分析价值不大。
从第七阶开始，车架开始出现了形状上的变化，阶次越高，振型越复杂，开始只是简单的一阶扭转和弯曲，从第十阶开始出现了二阶变形，从第十二阶开始又出现了局部模态。
计算求得本文的发动机怠速频率为25Hz，工作频率在40～90Hz。
由表1可知汽车在怠速起步阶段势必会达到固有频率，容易导致车架弯曲变形，驾驶室有颠簸感。
随着长时间的行驶，容易导致支撑发动机和驾驶室的横梁变形或开裂，这对于车架寿命以及行驶安全都是不利的，需要对车架进行改进。
基于ANSYS Workbench的双层自行车停车架结构设计
基于ANSYS Workbench的双层自行车停车架结构设计于彩敏;李晓斌【摘要】Urban public bike is getting more and more popular with the increasingly serious environmental pollution. But parking of public bicycles has become a dififcult problem. A double bicycle racks has been designed to solve this problem, and the Nanjing Public bicycles was chose as the research object. This double bicycle racks is divided into two layers, the bicycle can be parking on the second layer through chutes and wheels.It also can be limited by the stoppers, bezels and the fences. The static stress analysis for the double bicycle racks was conducted by ANSYS Workbench. The deformation nephogram shows that the beam’s maximum deformation is 0.181 6 mm, it has 0.7%error with the calculated results, the results agree with the computations and has met the requirement of parking bicycles. The stress nephogram shows equivalent stress from 616 Pa to 6.593 MPa, it means that the double bicycle racks has met the strength requirement.%随着环境污染问题加剧，城市公共自行车越来越受到大众欢迎，但公共自行车的停放成了首要难题。
基于ANSYS的自行车架性能分析
冶金与材料Metallurgy and materials第41卷第2期2021年4月Vol.41 No.2Apr. 2021基于ANSYS 的自行车架性能分析陈斯琴1,季瑶涵2(1.中国石油大学(北京)，北京102249,2.云南财经大学，云南 昆明650302)摘 要:文章用ANSYS 软件对自行车架进行了静力学分析和模态分析，建立了自行车架性能分析模型。
通过静力学分析，建立了自行车架的力学性能模型，得出了车架总变形、定向变形、等效应力以及等效弹性应变分布情 况。
通过模态分析，得出了自行车架模型的模态分布情况以及每一模态下的模态振型。
最后，综合得出了车架的 易变形位置，并提出了相应的防治措施，为高性能车架的设计提供改良依据。
关键词：自行车架；ANSYS ;有限元;静力学分析;模态分析自行车在行驶过程中会有颠簸，特别是一些山地自行车在骑行的过程中需要应对较复杂的路况。
车架 作为自行车的主要承力部件，通过理论或数值计算，可 以对自行车架的强度和刚度进行预测，并以此为依据对车架结构进行改进，来完成产品的优化设计。
文章通过ANSYS 软件对自行车架进行了静力学分析和模态分析，建立了自行车架性能分析模型，为车 架的改良提供一定的思路。
1实体模型建立文章利用SOLIDWORKS 2017对自行车架进行三 维实体建模，建立了自行车架的较为精确的模型。
车架是整个自行车的支撑构件,结构较复杂。
为了后续分析的进行，首先简化车架以生成有限元模型，如图1所示。
2有限元分析2.1材料模型定义文章自行车架有限元分析材料选取的是45号钢,其主要参数表1所示。
表1 45号钢主要参数参数数值密度/kg ・m-37890弹性模量/GPa210泊松比0.31屈服强度/MPa 355抗拉强度/MPa6002.2静力学分析(1)载荷:分析过程以一个60kg 重量的人为例,骑行中可将车架受力简化成在立管的车座处施加600N o (2 )约束条件:支撑点处设置为固定约束;(3)网格划分:采用高雅可比算法以及三角形网格基于曲率的网格划 分，局部网格细化应用在管材连接部分；2.2.1总变形分析自行车架的整体总变形结果如图2所示，从图中 可以看出，自称车架最大变形处位于上管和立管的交界处，其大小为4.9151 xlOAn 。
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连接自行车各个部件的重要结构，其设计优化对于提高整车性能和骑行舒适度至关重要。
有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以用来评估自行车车架的结构强度、刚度和耐久性等特性。
在ANSYS软件中进行自行车车架有限元分析可以帮助设计师更好地理解和改进车架的设计。
首先，进行自行车车架有限元分析的第一步是建立几何模型。
可以使用ANSYS中的建模工具来创建车架的三维几何模型。
在建模过程中，需要考虑车架各个部件的几何形状、连接方式和材料参数等。
接下来，需要为车架模型分配材料属性。
车架材料的选择对于整体结构的强度和刚度具有重要影响。
可以利用ANSYS中的材料库来选择合适的材料，并为车架的不同部件分配相应的材料属性。
然后，需要进行约束和加载设置。
在真实的使用条件下，车架会受到各种力的作用，如骑行时的重力、路面不平和操控力等。
在有限元分析中，应根据实际工况和设计要求来设置适当的约束和加载。
例如，在车架的连接点设置约束，模拟骑行时的力加载。
随后，进行网格划分和网格质量检查。
网格划分是将车架模型离散化为有限元网格的过程。
在ANSYS中，可以使用自动划网工具或手动划网。
划分好网格后，还需要进行网格质量的检查和优化，以确保计算结果的准确性和可靠性。
然后，进行有限元分析求解。
有限元分析是通过将车架模型离散化为多个有限元单元，并根据材料特性、加载条件和边界条件来计算结构的应力、变形和刚度等参数。
在ANSYS中，可以选择不同的分析类型和求解器来进行分析。
根据需要，可以进行静力学、动力学、热力学和疲劳分析等。
最后，进行结果评估和优化。
通过有限元分析，可以得到车架在各个部件的应力分布图、变形图和刚度分析结果。
根据这些结果，可以评估车架的结构强度和刚度，并进行优化设计。
例如，可以优化车架的几何形状、材料选用和连接方式，以提高车架的性能。
总结起来，基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析是一种重要的工程分析方法，可以帮助设计师评估和改进车架的设计。
ansys有限元分析大作业
有限元大作业设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析专业班级:姓名:学号:指导老师:完成日期:单车的设计及ansys模拟分析一、单车实体设计与建模1、总体设计单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。
在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks)Proe》文件》属性》修改2、车架车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。
车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型 1、材料的选择单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。
其属性如下：弹性模量：）（2N/m 1090E .6泊松比：质量密度：）（2N/m 32.70E + 抗剪模量：）（2N/m 1060E .2+ 屈服强度：）（2N/m 875E .2+ 2、单车模型的简化为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。
简化后的车架如下图所示。
3、单元体的选择单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid ）。
查资料可以知道3D 实体常用结构实体单元有下表。
单元名称 说明Solid45 三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能，其高阶单元是solid95Solid64 用于模拟三维各向异性的实体结构。
单元由8个节点定义，本单元具有大变形、大应变功能Solid65 用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型，该单元能够计算拉裂和压碎而且该单元可应用与加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）等。
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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，受力等边界条件较为复杂，为方便计算，并结合实际情况，对车架受力进行适当等效的简化，本文模拟自行车行车状态下，施加500N的力于坐垫上（即Fz方向加-500N），在脚蹬上施加垂直向下
200N的力，在把手上左右两端分别施加50N的向前的力，在坐垫上会有向后的摩擦力，大小为100N。
约束条件为：坐垫处全约束，在前叉部位和后轮轴部位均约束X方向（与有限元中坐标系有关，X方向代表车体前进方向的垂直方向并指向车轮右侧）。
图1四边形+三角形结构图2两三角形结构
图3四边形+三角形结构模型图4两三角形结构模型
2分析结果
通过对两模型车架的有限元计算，得到应力分布图、最大应力图分别为图5、6。
图5四边形+三角形结构应力及最大应力图
对比两结果可看出，车架所受到的最大应力值均出现在了坐垫下座管与后下叉接头处，且大小均为42.3MPa，同时也可看出四边形+三角形的组合最大变形达到9.71mm，而两三角形组合最大变形只有 4.37mm。
可见两三角形的结构更稳定。
但是我们也看出，应力最大处正好是应力集中的地方。
3改进方案并比较
图6两三角形结构应力图和最大应力图
为减少应力集中区域，我对两三角形结构提出两种改进方案：
1）加粗坐垫下座管；
由开始的外径为32mm增加到38mm，得到有限元模型分析结果如图,最大应力为29.3MPa，最大位移为2.64mm，效果得以改善。
图7加粗下座管应力图图8减小后连接杆角度并加三角形结构应力图2）将与下叉臂连接杆左端向上移动以减小应力集中，同时在车后轮处加装三角形结构。
将下叉臂连接杆左端上移45°，并加三角形结构，得到有限元模型分析结果如图，最大应力为18.5MPa，最大位移为1.61mm，效果最好。
表1 不同方案最大应力值及变化情况
原方案1 原方案2 改进方案1 改进方案2 最大应力（MPa）42.3 42.3 29.3 18.5
最大应力降低值（MPa）0 0 13 23.8
最大应力降低幅度0 0 30.73% 56.26%
4结论
通过以上分析比较，可得出以下结论：
1）在ANSYS中，通过建立模型，施加边界条件，来分析结构的受力情况，对于有应力集中的地方，可通过结构改进来调整。
2）本论文在分析自行车车架受力的时，对复杂的受力情况进行简化，即省去了一些影响较小的力，将路面情况进行了简化，但是整个建模过程还是有很大的参考意义，对于指导自行车结构的设计提出了俩点建议，一是减少应力集中的区域，二是尽量采用三角形这一稳
定的结构来保证结构的简单稳定。
参考文献
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