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基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文

基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文

基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文0 引言车架作为车辆重要的承载部分,运输车中多数零部件如:驾驶室,发动机,变速箱,车桥等通常都直接与车架相连接。

在运动过程中,车架还承受各零部件产生的各种力与力矩的影响,承载情况的复杂性要求车架必须有足够的刚度和强度来避免其主体发生变形或者断裂的现象,以保证其安全可靠性及使用寿命。

但是,在以往的设计过程中,设计人员大多采用经验公式进行计算,这种方法并不能精准的计算出车架各部件应力和形变。

本文采用HyperWorks软件对车架结构进行有限元分析,运用Radioss及OptiStuct求解器分析了车架的应力和位移形变分布状态及自由模态分析,利用分析结果验证该车架设计的合理性,对后续的结构优化提供理论依据。

1 车架的几何模型及有限元模型本文以某造船厂运输车车架为研究对象,该车架由型钢焊接而成,两根纵梁为矩形截面型钢,总长9440mm,大梁式,前后等宽,纵梁最大断面尺寸为360mm×140mm×20mm,横梁最大断面尺寸为300mm×140mm×20mm,前后端横梁为Π型槽钢,中间横梁为矩形截面型钢,横梁的长度为920mm。

实际中,车架的形状结构复杂,支撑装置和固定装置多种多样,除几何形体不规则外还存在许多倒圆角和圆孔,如果在建模的过程中将这些细微之处全部考虑在内,就会导致网格的密度很大,单元尺寸极小,节点方程的数量庞大,因而增加求解时间,同时局部的网格质量无法保证,容易导致求解失真。

因此,有必要对车架的结构进行合理的简化,建立合理有效的模型,从而减少分析过程中的计算量,提高计算效率。

运用Pro/E三维建模软件对简化处理后的车架结构进行实体建模,为了避免部分零件出现几何缺陷或数据丢失的情况,我们通常将Pro/E 中建立的模型保存为.iges格式文件,把该格式文件直接导入HyperMesh中进行后续的网格划分。

基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析

基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析

基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析牵引车车架是牵引车的重要部件,其结构设计和优化一直是汽车工程领域的研究热点。

本篇文章将基于Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析。

首先,我们需要进行该车架的CAD建模。

通过对车架进行测量和采集数据,我们可以在软件中建立3D模型。

然后,在Hypermesh中进行前处理,包括网格划分、材料属性设定、边界条件设定等。

接下来,运用拓扑优化方法对车架进行优化,以降低其重量,提高车架的强度和刚度。

在进行拓扑优化时,我们需要设置指定的约束和目标函数。

约束条件可以包括材料体积和尺寸等考虑因素。

目标函数可以是最小化材料使用量或是最大化车架的强度和刚度,可以根据具体需求来设置。

拓扑优化的结果可以优化原始车架结构,使其变成更优的流线型设计,同时在一定程度上可以提高车架的强度和刚度。

完成拓扑优化后,我们开始进行有限元分析(FEA),对车架进行应力和变形分析。

通过给车架施加仿真荷载,可以预测车架在现实世界中的行为并帮助设计师进行结构优化。

有限元分析可以帮助我们预测车架在实际使用过程中的应力情况,从而确定关键部件的厚度、形状和位置,以及车架整体结构的强度设计。

在完成有限元分析后,我们可以根据分析结果对车架进行优化设计。

比如,可以调整材料的厚度和纤维层间距,以适应不同的承载情况和荷载要求。

同时,我们还可以根据分析结果对车架进行优化设计,如增加加强筋,调整截面形状等。

综上所述,通过Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析,可以帮助设计者快速分析车架结构,并在优化过程中提高其强度和刚度,以同时保持车架的轻量化和结构优化。

这样做可以显著提高牵引车车架的性能和使用寿命,同时减少制造成本和提高制造效率。

除了拓扑优化和有限元分析,还有其他的技术可以帮助完善牵引车车架的设计。

例如疲劳分析、碰撞模拟、流体动力学分析等。

这些分析可以帮助解决车架在使用过程中可能面临的问题,如疲劳、振动、碰撞等。

基于Hypermesh的汽车悬架支架有限元分析

基于Hypermesh的汽车悬架支架有限元分析

基于Hypermesh的汽车悬架支架有限元分析马学军;高立【摘要】建立汽车悬架支架三维实体模型和有限元模型,依据几种典型的实际工况对支架施加约束和载荷,分析支架在各工况下的应力和应变情况.检验支架满足静强度要求,为其结构设计、优化和疲劳寿命预测提供理论依据.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P36-39)【关键词】汽车悬架;支架;有限元分析【作者】马学军;高立【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051【正文语种】中文悬架是汽车的运动部件,也是汽车的重要组成之一,路面作用于车轮上的垂直反力、牵引力、制动力和侧向反力以及这些力所产生的力矩都要通过悬架传递到车架。

悬架在传递这些力和力矩的同时,缓和路面不平传给车架或车身的冲击载荷,抑制车轮的不规则振动,因此其参数选取和各构件的布置对车辆的平顺性、安全性、稳定性、可靠性、通过性及燃油经济性等多种使用性能都有重要的影响[1-2]。

悬架支架是悬架系统中的一个重要组成部分,它是汽车上的主要连接和承载机构,承担了大部分的连接和承载任务,同时也承受巨大的载荷和周期性应力,其刚度的设计是否合理会直接或间接地影响悬架的整体性能,其强度对悬架乃至整个汽车有着不可替代的作用[3-4]。

近几年学者对钢板弹簧平衡悬架的研究主要集中在平衡悬架的振动特性分析[5]、平衡悬架运动仿真分析[6]、板簧动态特性仿真分析[7]、三轴平衡悬架载货汽车平顺性的研究[8]、平衡悬架结构设计[9]和板簧的有限元分析[10]。

目前还没有学者针对平衡悬架的支架做刚度强度、随机疲劳分析。

钢板弹簧平衡悬架在实际使用中可能会出现因为设计和制造缺陷引起的悬架支架开裂、变形过大导致悬架运动干涉等情况,因此钢板弹簧平衡悬架支架的强度和刚度问题对保证汽车的安全行驶有着非常重要的作用。

文中利用Hypermesh软件对某汽车制造厂的某新型钢板弹簧平衡悬架支架在几种典型工况下的强度和刚度进行分析,得到支架的应力应变云图,检验支架满足静强度要求,为支架的设计、优化和疲劳寿命预测提供了理论依据。

基于HyperMesh的轻型越野车车架有限元分析_王京涛

基于HyperMesh的轻型越野车车架有限元分析_王京涛

80.21
前后端弯曲振动
90.97
前端左右振动
106.13
前后端扭转振动
114.56
前后端扭转振动
139.79
前端弯曲振动
22
公 路 与 汽 运
Highways & Automotive Applications
201第15年期9

“人-车-路”闭环仿真研究
孙 维 汉1,顾 宏 斌2
车 架 是 一 个 弹 性 体 ,具 有 无 限 自 由 度 ,可 以 计 算 出 很 多 结 果 ,但 一 般 只 需 计 算 出 正 常 情 况 下 的 振 型 。 因此,对车 架 车 身 进 行 自 由 模 态 分 析 时,只 提 取 前 10个阵型对应的模态结果。应 用 HyperMesh 中 的 模态分析模块,得出车架 前 十 阶 振 型 (如 图 6~9 所 示 )及 对 应 的 固 有 频 率 (如 表 4 所 示 )。
4.3×1.8×1.8 2.90 1.60 0.61 0.64
质 量/kg
自重 载重 总重
3 000 600
3 600
性能参数
最 大 爬 坡 度/% 最 大 行 驶 侧 坡/%
接 近 角/(°) 离 去 角/(°) 最 小 转 弯 直 径/m 最 小 离 地 间 隙/m
55 55 47 34 12.1 0.230/0.240
公 路 与 汽 运
总第146期 Highways & Automotive Applications 19
基于 HyperMesh的轻型越野车车架有限元分析
王 京 涛 ,杨 世 文 ,李 鹏 ,杨 军
(中北大学 机电工程学院,山西 太原 030051)

基于HyperWorks某载货电动货车车架结构优化设计

基于HyperWorks某载货电动货车车架结构优化设计

Automobile Parts 2021.020332021.02 Automobile Parts034图1㊀车架有限元模型表2㊀车架材料参数材料弹性模量/MPa 泊松比密度/(t ㊃mm -3)屈服模量/MPa 抗拉模量/MPa 610L2.1ˑ1050.37.85ˑ10-9580650对车架进行有限元模拟分析过程中,考虑到的工况主要包括弯曲㊁急转弯㊁扭转㊁加速㊁急停等几种[4-5],表3示出不同工况下的边界参数㊂表3㊀各工况下的边界条件车架工况车架各位置自由度约束左前轮右前轮左后轮右后轮弯曲㊁加速㊁紧急转弯工况X ㊁Y ㊁ZX ㊁Z Y ㊁Z Z 扭转工况前轮扭转Z =-200mm Y ㊁Z X ㊁Z X ㊁Y ㊁Z后轮扭转X ㊁Y ㊁Z X ㊁Z Y ㊁Z Z =-200mm紧急制动工况X ㊁Y ㊁ZX ㊁ZX ㊁Y ㊁ZX ㊁Z(1)弯曲工况㊂该工况主要对应于车辆水平静止或低速通过良好路面时㊂在有限元分析时为避免车架应力集中,而设置合理的约束条件,主要对前悬架簧下端节点纵向平动自由度施加约束,而后悬架在纵向可有一定幅度滑动㊂(2)扭转工况㊂基于该工况模拟分析车辆单侧车轮出现很强冲击载荷条件下,车架受到冲击而产生的应力分布㊂此工况可进一步划分为前轮扭转工况和后轮扭转工况,前一种工况下主要是施加一定量中心竖直方向强制位移到左前悬架钢板弹簧约束处而实现;后一种工况下,则Automobile Parts 2021.02035图2㊀各工况下车架应力分布2 车架多目标拓扑优化进行建模时,应该根据优化要求将目标区划分为优化设计与非优化设计区㊂文中为确定出车架结构最佳参数,设定非优化设计区为受力点和约束点,其余的都为优化区㊂在确定出对象的模型后,接着对初始几何模型划分网格,选择的网格单元为20mm 的六面体单元㊂根据要求进行有限元划分后,而最终确定出目标区域含有117260个节点和102600个单元格㊂车架材料和原车架的相一致,且承受的工况约束㊁载荷也相同㊂在此基础上确定出车架的初始网格模型,具体情况如图3所示㊂图3㊀车架拓扑优化初始模型在优化过程中输入相应的多目标拓扑优化函数时,图4㊀车架多目标拓扑优化结果由图可知在有限元分析过程中基于该多目标拓扑优化分析方法所得的车架拓扑结构有明显的优势,可同时满足刚度和低阶固有频率相关要求,实现车架优化目标㊂上述结果可为其后车架横梁参数的设计提供支持,对纵横梁形状的确定也有指导作用,对类似车架的优化有参考意义㊂车架结构的轻量化设计在进行车架结构设计过程中,基于以上多目标拓扑优化结果,且考虑到车架的应用情况,对其细节进行设㊂图5为优化后的车架三维模型㊂图5㊀新车架三维几何模型对优化前后车架的变化情况进行分析可看出,优化后车架的前后不等宽,且纵梁为变截面的模式,总体上看表现出 鱼腹形 特征㊂这种结构下可以更好地适应不同截面高度上的局部载荷改变情况,且提高了车架应力均匀性,实现一定减重目的㊂由图5可知,新车架的第二横梁为管状截面形式,且对应的后悬架两个横梁中设置了帽形截面横梁,这样可以显著提高车架的前后端强度,使得其抵抗扭转变形的性能提高,而质量减轻2021.02 Automobile Parts036。

基于Hypermesh的轻型货车车架动态特性有限元分析

基于Hypermesh的轻型货车车架动态特性有限元分析

图 1 示为 车架 的三维几 何模 型 。 所
收 稿 日期 :001 - 2 1.00 2
作 者 简 介 : 晋 宁 ( 94一) 男 , 士 , 师 , 要 研 究 方 向为 工 程 机 械 、 辆 的 动力 学 。 智 17 , 硕 讲 主 车
A b t a t No ln a s r c : n i e r FEA tc n q e s s d t smu ae h wh l r c s f t ・o l tag tn n d n mia l e h i u i u e o i l t t e oe p o e s o wo r l r i h e i g y a c l s y
了车架的有 限元模型 。通过模 态求解 , 获得 车架的前 6阶弹性模 态参 数 , 论 了车架与路 面、 讨 发动机 等
主要 激 励 源 的频 率耦 合 关 系 , 分析 了车 架在 冲 击载 荷 作 用 下 的 瞬 态动 力 响 应 。结 果表 明 需要 加 强 板 簧 与 车 架连 接 处的 局 部 刚度 , 冲 击载 荷 作 用 下 , 点 最 大 的位 移 响 应 值 为 O 4 m, 车 架 振 动 衰 减 规 在 节 .4 m 且
文章 编号 :6 3— 0 7 2 1 )2— l7— 4 17 2 5 ( 0 1 0 0 l 0
基 于 H pr s y emeh的 轻 型 货 车 车 架
动 态 特 性 有 限 元 分 析
智 晋 宁 , 志 斌 要
( 太原科 技 大学机械 电子 工程 学院 , 太原 0 0 2 ) 3 0 4
a g s eeaaye ud nsee g er gpron loq i l ajs s a he i la g . h t ihe nl r n l dt gieo —i ni e n esn e t uc y dut t i tn gr nl T es a t ew z o t n i k rg n o e rg —

货车车架有限元模型的建立及分析 (1)

货车车架有限元模型的建立及分析 (1)

作者简介:柴新伟(1981-),男,山西夏县人,在读硕士研究生,研究方向:车辆工程。

收稿日期:2009-07-02;修回日期:2009-12-01引言汽车车架是发动机、底盘、车身各总成及专用车专用设施的安装基础和关键承载部件。

我国对于一般车架的设计及强度校核,是依靠经典的材料力学、弹性力学、结构力学的经验公式。

传统分析设计方法,具有简单易行的优点,目前在我国的车辆设计计算中仍起一定作用。

传统方法也有明显不足,带有相当的盲目性,每次车架设计改进都不会有明显的突破;而且设计周期长,使得车架的更新换代的速度较慢,不能与现代化商品主产竞争相适应;也不能对车架结构的应力分布及刚度分布进行定量分析。

因此,设计中不可避免地造成车架各部分强度分配不合理现象;使得整个车架设计成本提高,而且某些部位强度不足,容易引起事故;某些部位强度又过于富余,造成浪费,达不到优化设计的目的。

随着CAD/CAE 技术的推广及计算机软硬件的发展,汽车行业已将CAD/CAE 技术用于汽车车架的设计与研究,为工作人员提供了可靠的计算工具[1]。

如果直接从CAD 软件导入Ansys ,会出现一些模型上相关问题,例如失去面,且其前处理不是很好;然而hyperworks 却有良好的CAD 兼容性和很好的有限元模型前后处理功能。

在CAD 中建立车架三维模型时,由于结构复杂,对一些附属结构和工艺结构,简化:1)略去某些功能件和非承载构件。

有些构件仅为满足工艺或使用要求设置,并非根据强度要求设置,对车架结构内力分布和变形的影响较小,因此建模时可以忽略(如工艺孔,缓冲座等)。

2)对某些部件进行简化。

车架主要是用槽钢和钢板铆接和螺栓连接而成,建立结合模型时只保证零件间的相对准确位置和连接孔的对应.根据副车架和主车架的连接方式,可将其简化为主车架左右边梁上的均部载荷,不再单独建模[2]。

将模型从CAD 软件导入hypermesh 中,车架边梁和横梁采用壳单元(SHELL63),实体零件(如吊耳,平衡悬架等)选用实体单元(solid45),钢板和板簧使用刚性梁单元和弹簧单元模拟。

基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计

基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计

基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计0 引言车架的结构和所承受的载荷十分复杂,概括起来,主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及它们的组合,因此车架的刚度和强度计算只有采用有限元法才能得到满意的结果, 基于有限元法的车架计算,应首先根据车架结构,建立实体模型;然后对实体模型进行网格划分,建立车架的有限元计算模型,确定载荷和约束条件;计算车架的刚度、强度、振动模态等关键性能指标;分析计算结果,将其与设计要求对比,确定是否符合要求;最后将方案进行对比并确定最终设计方案。

ALTAIR公司HyperWorks7.0是一款功能强大的有限元分析软件,在进行有限元分析的同时,能对结构进行优化,首先利用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HyperWorks软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理,具体流程参见图1。

某重型自卸汽车车架在使用过程中发现,纵梁上与第四横梁连接附近产生裂纹,最终导致纵梁断裂的严重后果,初步分析认为该区域应力过大所致。

本文中针对该纵梁断裂问题,对车架结构的# 种设计方案分别进行有限元分析! 分析车架在纯弯、弯扭组合、侧向转弯、紧急制动、卸载时油缸举升等工况下的应力状况,精细分析了第四横梁附近纵梁下翼面6个螺栓孔附近的应力状况。

结合各工况分析结果,对该车车架进行合理评价,并提出改进方案,解决纵梁断裂问题。

1 车架的有限元模型由于该车架结构主要是板材结构,因此模型化时主要采用薄板单元,所有焊接、铆接、螺栓连接用刚性单元和梁单元模拟,车架悬置板簧则用弹簧元模拟。

车架有限元模型如图2所示。

原方案第四横梁处有限元模型如图3所示。

划分后车架的单元数量为385469,PIII/256M以上微机在3h内可以完成1个工况的解算工作。

新方案改为采用第四横梁与纵梁腹板连接,横梁形状设计以下4种方案以供分析比较,如图4所示。

2 载荷与工况该车架主要结构都采用优质碳素钢,材料弹性模量E为208GPa,泊松比u为0.3,密度为7.84x10*-6kg/mm3。

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基于HyperMesh的运输车车架有限元分析
0 引言
车架作为车辆重要的承载部分,运输车中多数零部件如:驾驶室,发动机,变速箱,车桥等通常都直接与车架相连接。

在运动过程中,车架还承受各零部件产生的各种力与力矩的影响,承载情况的复杂性要求车架必须有足够的刚度和强度来避免其主体发生变形或者断裂的现象,以保证其安全可靠性及使用寿命。

但是,在以往的设计过程中,设计人员大多采用经验公式进行计算,这种方法并不能精准的计算出车架各部件应力和形变。

本文采用HyperWorks软件对车架结构进行有限元分析,运用Radioss及OptiStuct求解器分析了车架的应力和位移形变分布状态及自由模态分析,利用分析结果验证该车架设计的合理性,对后续的结构优化提供理论依据。

1 车架的几何模型及有限元模型
本文以某造船厂运输车车架为研究对象,该车架由型钢焊接而成,两根纵梁为矩形截面型钢,总长9440mm,大梁式,前后等宽,纵梁最大断面尺寸为360mm140mm20mm,横梁最大断面尺寸为300mm140mm20mm,前后端横梁为型槽钢,中间横梁为矩形截面型钢,横梁的长度为920mm。

实际中,车架的形状结构复杂,支撑装置和固定装置多种多样,除几何形体不规则外还存在许多倒圆角和圆孔,如果在建模的过程中将这些细微之处全部考虑在内,就会导致网格的密度很大,单元尺寸极小,节点方程的数量庞大,因而增加求解时间,同时局部的网格质量无法保证,容易导致求解失真。

因此,有必要对车架的结构进行合理的简化,建立合理有效的模型,从而减少分析过程中的计算量,提高计算效率。

运用Pro/E三维建模软件对简化处理后的车架结构进行实体建模,为了避免部分零件出现几何缺陷或数据丢失的情况,我们通常将Pro/E中建立的模型保存为.iges格式文件,把该格式文件直接导入HyperMesh中进行后续的网格划分。

对实体模型进行网格划分首先需要对网格单元定义属性,其次定义网格的生成控制,最后划分网格。

其中网格的单元属性包括网格单元类型,实常数以及材料特性。

本文车架的材质选用16Mn,其杨氏模量为2.061011Pa,泊松比为0.28,材料密度为7800kg/m3,屈服应力为345MPa。

本文采用HyperMesh中的自动网格划分功能对已建好的实体模型进行单元网格划分,最后得到了车架有限元模型(如图1所示)。

使用HyperMesh中的count功能,可以得出其单元网格个数106472,节点个数53268。

2 车架静态工况分析
车架作为重要的承载部分,这就要求其既要有足够的强度,也要有足够的刚度。

足够的弯曲刚度,可使车架上的部件在行驶过程中相对位置不发生改变。

车架刚度不足,会引起振动和噪声,也会使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性及某些基件的可靠性下降,然而其扭转刚度不易过大,否则汽车的通过性变差。

运输车在行驶过程中,在所有轮胎都着地情况下,地面对整车的作用力依次通过轮胎、车桥、板簧、吊耳销最终传至车架上,因此,我们可以在吊耳销处创建约束点。

对于本文中的车型,动力总成及满载时的总质量为16t,将这部分总质量的以均匀分布的方式加载到0~7000mm范围内;驾驶室及乘员的总质量为1.3t,同样以均匀分布的方式将该部分总质量加载到7560mm~9440mm范围内,这样就对整个车架进行了全部加载。

3 车架模态分析
所谓模态分析,就是确定设计结构或机械零部件的振动特性,得到结构固有频率和振型的过程,它是动态设计的核心。

研究的是结构模态即自由模态,是结构本身的特性与材料特性所决定的,与外载条件等无关(即无需加任何载荷和约束),而结构在任意初始条件及外载作用下的强迫振动都可以由结构按这些基本特性的强迫振动的线性组合构成。

本文通过不施加载荷与约束,对车架的有限元模型进行自由模态分析。

4 结论
本文应用有限元分析法对运输车车架进行了静态应力和模态分析,通过静态应力分析可知,在给予车架弯曲工况与扭转工况的情况下,车架的最大应力值始终都小于车架的屈服应力值,说明该车架是符合设计要求的。

但是由于扭转工况下的最大应力值较弯曲工况下的最大应力值大很多,这一点还有待我们进一步优化解决。

车架的固有频率一般为10Hz~15Hz,目前在高速公路和较好城市路面不平引起的激励频率一般为1Hz~20Hz的垂直振动。

由模态分析可知,车架的各低阶模态的频率值在22.04Hz左右,避免了各种激励频率与车架形成共振的影响,保证了运输车行驶的稳定性与安全性。

综合而言,通过对车架进行有限元分析,为我们在对该类车架设计提供重要的参数,为改进结构设计提供了理论依据,同时也为深入研究相关问题奠定基础。

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