车架有限元分析
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。
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。
应用有限元法分析正三轮摩托车车架强度
结构形式 及尺 寸参数 ，使 其具 备 良好的 动静 特性 。 本 文 以 某款 三 轮摩 托 车 车 架作 为分 析对 象 ，利 用弹
性力学 建立准 确合理 的车 架结构 力学 模型 ，用ＭＳ ．ａ ａ ＣＰ ｔ ｎ ｒ
等刚度原则作了结构简化 ，采用杆状钢结构 ，用梁单元离
散 。钢板 弹簧在 考虑其 压缩 量达 到最大 值的情 况下 ，采用 多 点约束 来实现 与板 簧 吊耳 、后轴 部件 的正确运 动关 系。
ｔｅ ｓｒ ｃｕ ｅｓｒ ｎ ｔ ｓｅ ｓ ｄ ｔ ｅｅ ｙ ｐ ｏ ｉ ｉｇ ｔ ｅｄ ｔ ｆｖ ｌ ｂ ｅｓｒ ｃ ｒ ｎ ｌ ｉ ｏ ｈ ｐｉ ｉａｉｎ ａ ｄ ｈ ｔｕ ｔｒ ｔｅ ｇｈ ａ ｓ ｓｅ ， ｈ ｒ ｂ ｒ ｖ ｄｎ ｈ ａａｏ ａｕａ ｌ ｔｕｕ ｍ
由此建 立的 三轮摩托 车车 架有 限元模 型如 图１ 所示 。
和Ｍｓ ．ａｔ ｎ 件进 行有 限元 分析 ，计 算 出车架 在 各种 ＣＮ ｓ ａ软 ｒ
受 力工况 下的应 力分布 ，在此 基础上 判定 其结构 强度 的总 体水 平 ，从 而为车 架的 可靠性 设计和 结构优 化提供 理论 参
为车 架结 构 的优 化 和 可靠 性 设 计提 供 了有价 值 的结 构 分析 数据 。
关键词 ： 有限元法
正三轮摩托 车车架 强度
应 力分布
Ｔｈ ａ ｔｅ ｇ ｈＡｎ ｌ ｓｓｏｆｔ ｅＴｈ ｅ — ｅ ｌｄ Ｍ ｏ ｏ ｃ ｃｅ ｅＦｒ ｍｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ ａｙ ｉ ｒ ｅ ｗｈ ｅｅ ｔ ｒ ｙ ｌ ｈ Ｄｏ ｅｂ ｈ ｎ ｔ — ｌｍ ｅ ｔＭ ｅｈ ｄ ｎ ｙｔ ｅＦｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｔ ｏ
考依 据。
２ 材料特性
所 有车 架 主体 结 构的 材料 均 为普 通 碳 素钢Ｑ２ ５ ３ ，其 材 料 属性 为 ：弹性 模 量Ｅ＝２０ ．５×１ ＭＰ ，泊松 比 ＝ ０ ａ
车架有限元分析
目录一结构简介 (1)二计算载荷工况 (2)三有限元模型 (5)四静强度分析结果 (10)一、结构简介本次作业以某转向架构架为几何模型，进行静强度分析，下图为本次计算针对的某型转向架几何模型，结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。
整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。
图1 某型转向架几何模型（a）图2 某型转向架几何模型（b）二、计算载荷工况根据要求，对转向架采取如下的加载方式： 1、约束图3 约束要求如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一；图4 模型中所加约束之一2、载荷在此点出建立Z 方向的位移约束在此点出建立X 、Z 方向的位移约束在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位移约束在此点出建立Y 、Z 方向的位移约束图5 受力要求模型中加载作用力的局部视图如下（注：图中坐标系中红色为X 轴，绿色为Y 轴，蓝色为Z 轴）；图6 Z 轴正向26.2kN 的力在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴负方向在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴正方向在此处加45.6KN 的力，力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分（Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ，X 方向距离圆心7mm ）图7 Z轴负向26.2kN的力图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示表1 工况工况横向（X向）纵向（Y 向）垂向（Z向）1 -- --+三．有限元模型整个模型由两类网格组成：构架采用壳网格单元建立模型，转臂座构件采用六面体网格建立模型；其中壳网格单元以四边形网格为主。
有限元模型重量为1422.015kg，结点总数为81382，单元总数为74991。
有限元模型如图9~12所示。
图9 壳单元模型（1/4模型）图10 转臂座实体网格模型图11 整体网格（a）图12 整体网格（b）需考虑对各个连接处的连接方式，根据工厂要求，具体连接处及连接方式可参考如下要求。
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。
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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。
整个车架结构应力分析的有限元模型由车架有限元模型和悬挂系统等效有限元模型组成，其中纵横梁、加强板等为薄壁结构，以壳单元shell63离散;钢板弹簧、轮胎以弹簧单元模拟;前悬弹赞的模型为在每边纵梁上采用2个弹簧单元，每个弹簧单元通过MPC 与车架联接，后悬弹簧的模型为在每边纵梁上采用1个弹簧单元与车架后轴联接。
离散后，壳单元总数为46 770个，MPC单元为1 338个，材料为欧洲高强度材料，屈服极限500 MPa，杨氏模量为200GPa，泊松比0.3。
2 静力分析2.1边界条件的确定车架通过悬架系统、车轮支承在地面上，当有限元模型将悬架系统与车架组合成整体式计算模型后，边界条件可简化为约束前后悬弹黄单元接地处的自由度，让车架形成一简支梁结构。
根据车辆电测的有关标准fx1和车辆实际运行时的受力情况，车架的静力分析要考虑弯曲工况和弯曲扭转工况。
在弯曲工况中，车架静止平放、满载，故可以将前后悬弹黄底部节点固定，约束所有自由度。
在弯曲扭转工况中，车架静止、满载，其中一个前轮或后轮抬高200mm，故可以将抬高车轮处的弹簧单元底端约束除Z轴向移动之外的所有自由度，再给该处一个沿Z轴正向的200 mm的强迫位移，未抬高车轮处的弹簧单元约束如同弯曲工况。
2.2载荷的简化及加载载荷的简化与施加是否和实际相符或接近直接关系到计算结果的真实性，在进行弯曲和弯曲扭转工况计算时，车架所受载荷一致，主要包括驾驶室的重力、发动机的重力、鞍座所受压力和牵引力，以及车架自重。
该车的驾驶室总重800 kg，按其位置沿纵梁施加均布载荷;发动机重量为800 kg，将其均布在支承发动机的四块支承板上;鞍座允许最大承载能力为24 602 kg ,考虑到车辆制动时产生的载荷转移，在鞍座上施加25 000 kg的压力载荷;该车允许拖挂的总重为70 000kg，形成的牵引力通过挂钩作用在鞍座上，方向是沿X轴向后，可以简化为作用在鞍座上与承载压力在同一位置的X向均布载荷;车架自重力以密度和重力加速度的方式施加。
2.3静态计算结果与分析2.3.1弯曲工况的计算结果与分析弯曲工况的应力分布如图2、图3所示，单位为:MPa。
车架在弯曲工况时，总体应力不大，高应力区集中在纵粱的靠背梁、第三横梁和外包粱所在位置处，最大应力不超过200 MYa，远小于该车架材料的屈服极限500 MPa。
相对而言，受力较大处在鞍座部位，应力相对较大，但仍没有超过车架的抗拉强度。
弯曲工况下，第二、第三横梁焊缝周围的应力值较小。
2.3.2弯曲扭转工况的计算结果弯曲扭转工况以右后轮抬高200 mm为例，其应力分布如图4、图5所示，单位为:MPa.车架在右后轮抬高的弯曲扭转工况时，高应力区集中在车架纵粱的第三横梁附近及后轴位置上的加强板处，其值不超过330 MPa。
焊接部位的高应力区也在第三横梁上，焊接处应力最大值不超过250 MPa，说明在这种焊接结构下，焊接性能优良，焊缝结构值得借鉴，横梁设计合理，可以用于改进其它车型的车架横梁结构。
由以上两种典型工况计算可知，该车架的结构设计合理，大部分部位应力远小于车架材料的屈服极限，性能稳定，焊接性能优良。
3 动态性能分析车架可看成一个多自由度弹性振动系统。
作用于这个系统的各种激振力就是使车架产生复杂振动的动力源。
可分为两类:一是汽车行驶时路面不平度对车轮作用的随机激振;二是发动机运转时，工作冲程燃烧爆发压力和活塞往复惯性力引起的简谐激振。
如果这些激励力的激振频率和车架的某一固有频率相吻合时，就会产生共振，导致车架某些部位产生数值很大的共振载荷，造成车架的破坏。
路面不平度对车架作用的随机激振属于低周激振，对车架的疲劳破坏不容忽视。
3.1模态分析模态分析是研究结构动态性能的基础。
设车架已按某种方式离散化，根据达朗伯原理:式中[M]为质量矩阵，{x(t)}为广义坐标的列阵，[K]为与{x(t)}相对应的刚度矩阵，{x(t)}为加速度列阵。
由于弹性体的自由振动总可以分解为一系列的简谐振动的叠加，因此可以设式(1)的解为:式中{g}是位移{x(t)}的振幅列向量，它与时间t无关，W是固有频率，将式(2)代入式(1)并消去，sinwt因子，得:求解方程(3)的广义特征值Wi2和广义特征向量{g}即可求得振动的固有频率。
和相应的振型{g}。
模态计算该车架的自由振型，即取消所有约束条件、承载情况和前后悬弹簧的作用，在ANSYS中用Block Lanczos法提取自由振动时的前15阶固有频率，由于刚体位移，前6阶的频率为零，其余各阶频率如表1。
从模态分析可知，车架固有振型分为两类:一类是车架的整体振动，另一类是以车架一个或几个部分振动为主的局部振动。
7到15阶模态频率分布在8-36 Hz范围内，且以整体振动为主的模态振型较多，其中第7.15阶振型属于扭转振型，第8、10、12、13阶振型属于弯曲振型，第12、15阶伴随有车架的局部振动，第9、11、14阶振型为局部振动，主要集中在鞍座和外包梁两个位置。
模态分析结果表明该车架刚度较好。
3.2随机振动分析随机振动是指机械(结构)系统对外加随机激励的动态响应。
汽车行驶在凹凸不平的路面上产生的振动是典型的随机振动，研究车架在路面随机激励下的响应可以了解共振频率和动应力突变情况，对研究车架结构的疲劳强度具有很实际的意义。
可以通过施加路面功率谱密度的方式来激励车架。
功率谱密度描述了随机变量总均方值在频率域上的分布情况，是单位频带上振动功率的度量。
路面的功率谱密度S。
通常是路面空间频率月的函数。
设车辆以匀速，在二向路面行驶，路面波长为λ, Sg(Ω)为路面功率谱密度;Rg(x)为路面高h(x)的自相关函数，定义为Rg(X)=E[h(x)h(x+x")]，其中x为行车方向，x"为沿行车方向的相对位移;Rg(T)为行车中时间自相关函数;时间频率为f,则式中,i为虚数单位。
可见路面功率谱密度与车速有关。
根据我国路面情况，由文献可知，路面功率谱密度可以表示为:式中no—参考空间频率Gq(no)—参考空间频率no下的路面谱值u—车速f—输入的时间频率将式(4)分别对时间求一阶导数和二阶导数则得时间频率下的不平度垂直速度的谱密度Gq(f)(单位:m2/s)和加速度谱密度Gq(f)(单位:m2/s3)与位移密度的关系：据统计，我国路面的空间频率n在0.011~2.83(1/m)范围，在常用车速10-30 m/s，即36-108 km/h时，可以保证时间在频率范围f=0.33-28.3 Hz内。
这个频率范围能把悬挂(车身)质量部分的固有频率11~16Hz和非悬挂(车轮)质量部分的固有频率I1-16Hz有效地覆盖在内。
按此频率范围，代人(1)、(2)、(3)式计算，作为有限元计算的输入。
车架在凹凸不平的路面上行驶时，它的各个车轮所受的路面激励不完全相同，为了简化计算，将各个车轮所受的激励简化为同一个，即各个车轮的功率谱密度都相同。
本文的功率谱密度是以车辆行驶在C级路面、时速45 km时的结果，利用ANSYS的谱分析功能进行车架的随机振动分析，采用的算法是模态叠加法。
图6至图9是车架典型部位在功率谱密度作用下的应力随频率变化的曲线。
从车架典型部位的应力随频率变化的曲线可知，车架大多数部位，在频率为5Hz和8Hz时，应力会发生突变，主要是因为车架的第七阶固有频率为8. 7392Hz，车架系统在路面不平度的作用下发生共振。
由于路面不平度的激励频率大都集中在0-20 Hz之间，与车架固有频率祸合引起的共振属于低频共振，低频共振对车架振动的影响远远大于高频共振。
引起车架乘坐舒适性的下降，此外，虽然车架的动应力不大，但突变严重，有可能成为车架疲劳破坏的原因之一。
4 结束语本文通过有限元分析的方法，对引进车车架结构进行静力和动态性能分析，掌握其内在性能，达到消化、吸收国外先进技术并在此基础上进行自主创新设计的目的，该车架横梁的结构及其焊接方式已成功运用于新产品的设计开发之中。