车架有限元分析
摘要现代汽车绝大多数都有作为整车骨架的车架，车架是整个汽车的基体。
汽车绝大多数部件和总成（如发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱及有关操纵机构）都是通过车架来固定其位置的。
车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。
因此，车架的静、动态特性是其结构设计、改进和优化的依据，是确保整车性能优良的关键因素之一。
本文以6470型SUV车架作为研究对象，分析论证了CAD/CAE技术在汽车车架设计中的应用，主要内容如下：（1）选取一个SUV车型，通过查找和测量得到其主要的车型参数。
（2）运用CAD软件Unigraphics（简称UG）建立车架的三维模型。
（3）通过UG软件和ANSYS件的无缝连接将车架的三维模型导入ANSYS软件中。
（4）运用ANSYS软件的强大的有限元分析功能对该车架进行网格划分，施加适当的约束和载荷，对车架进行有限元静态分析，从而校核了该车架的强度和刚度，分析结果，校核该车架的强度和刚度能否满足要求。
在建模和有限元分析过程中，就CAD三维实体的建模方法、有限元理论的数学基础、有限元软件ANSYS、CAD软件与有限元接口技术、有限元分析方法的前期后期处理等方面做了研究工作，为后续工作做了较好的技术准备。
关键词：车架；CAD/CAE；ANSYS；有限元分析；静力分析AbstractMost modern cars are used as vehicle skeleton frame, which is through the matrix. Most parts and assemblies of a vehicle（such as engine, transmission, suspension, steering, cab, containers and related control mechanism and so on）are all over the frame to a fixed location. The function of a vehicle frame is to support the connection parts, and to take from inside and outside the vehicle loads. So, the static and dynamic analysis characteristics of frame is not only the base of its structure design, improvement and optimization, but also one of the key factors to ensure that vehicle performance.Finite element analysis has become an essential technology in the design of vehicle structure. As for compute-intensive and the analysis step，intuitive linear analysis of frame is very difficult. And ANSYS Finite element analysis software program can discrete elements into countless units to facilitate analysis, calculation and optimized results.On this article, 6,470 SUV frame is the objects to be researched to analyze and demonstrate CAD/CAE technique and its application in the design of automobile frame. Mainly as follows:(1) Select a SUV models，Find and measure its main parameters;(2)Establish the three dimensional model of the frame by UG;(3) Import the three dimensional frame model in UG into ANSYS through the seamless connection between UG and ANSYS;(4) Use the powerful finite element analysis for the frame element mesh, impose the appropriate constraints and loads and make the finite element static analysis of frame to check the strength and rigidity of the frame，During the modeling and finite element analysis，a lot of research work about the three-dimension solid modeling method, mathematical basis of finite element theory, interface technology of finite element, late and early processing of finite element analysis method is done, preparing for the follow-up work to be done better.Keywords: Frame, CAD/CAE; ANSYS; Finite Element Analysis; Static Analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章前言 (5)1.1汽车车架介绍 (5)1.2国内外研究现状 (6)1.3研究意义及目的 (7)第2章软件介绍 (9)2.1 UG简介 (9)2.1.1 UG发展综述 (9)2.1.2 UG软件的优势 (9)2.2 ANSYS简介 (10)2.2.1有限元软件ANSYS发展综述 (10)2.2.2 ANSYS的技术特点 (10)2.2.3 ANSYS的功能 (11)第3章车架的建模 (13)3.1车架结构的简化 (13)3.2实体车架模型的建立 (13)第4章车架的有限元分析 (17)4.1 静力分析基础 (17)4.2车架静力学分析模型的建立 (18)4.3 悬架的模拟 (22)4.4 载荷的处理 (23)4.5车架静力分析工况及约束处理 (24)4.5.1 满载弯曲工况分析 (25)4.5.2 满载扭转工况分析 (30)4.5.3 满载制动工况分析 (33)4．5.4满载转弯工况分析 (34)第5章传统车架计算方法与有限元法比较 (37)第6章论文总结 (41)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
参考文献.................................................... 错误!未定义书签。
第1章前言1.1汽车车架介绍汽车车架是发动机、底盘和车身各总成的安装基础，是汽车的关键承载部件。
车架支撑着发动机、离合器、变速器、转向器、货箱等，承受着传给它的各种力和力矩。
所以，车架应有足够的强度，使安装在车架上的相关机构的相对位置在汽车行驶时能够保持不变，并使车身的变形最小。
车架也应该有足够的刚度以保证其有足够的可靠性和使用寿命，纵梁等主要零件在试用期内不应该有严重的变形和开裂。
如果车架的刚度不足，将会引起震动和噪声，使汽车的舒适性、操纵稳定性及某些部件的可靠性下降。
但车架的扭转刚度也不宜过大，否则将会导致车架和悬架系统的载荷增加，使汽车的轮胎接地性变差，从而降低通过性。
所以，车架必须满足以下的要求[1]：（1）车架的结构形式首先应该满足汽车的总布置要求。
在复杂多变的行驶过程中，固定在车架上各总成和部件之间不应该发生干涉。
（2）要有足够的强度和刚度。
在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷的作用下可能产生扭转变形和在纵向平面的弯曲变形。
这些变形会使安装在车架上的各部件之间的相对位置发生变化，从而影响其正常工作。
因此，车架还应该具有足够的强度和适当的刚度。
（3）车架的结构应尽量简单，使得安装于车架上的机件要容易拆装，以便于汽车的维修。
（4）车架的形状应尽可能的配合车身和各总成，以降低汽车的质心，及获得较大的前轮转向角，能够提高汽车的操纵稳定性和机动性。
目前，按车架纵梁、横梁结构特点，汽车车架的结构形式基本上有3种：边梁式车架、中梁式车架（或称脊梁式车架）和综合式车架。
在汽车车架中，应用最为广泛的还是边梁式车架。
边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或者焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。
纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般是槽钢，有的也做成Z字形或箱型断面。
根据汽车形式不同和结构布置的要求，纵梁可以在水平面内或纵向平面内做成弯曲的，以及等断面的或是非等断面的。
横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支撑汽车上的主要部件。
通常，载货汽车有5-6根横梁，有时会更多。
边梁式车架的结构特点是便于安装驾驶室、车厢和一些特种装备和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。
因此，它被广泛的使用在载货汽车及大多数的特种汽车上。
1.2国内外研究现状过去，国内汽车设计的主要手段是用传统的样车和旧车型作参考的模式。
在对车架进行分析设计时经常会对车架进行大幅度的简化。
因为用经典力学对其进行结构分析时，为了能够计算，必须把模型构造的非常简单。
这种方法不但费时费力，大多依靠经验，缺乏科学性，而且也不可能针对多种方案进行评价。
此外，车身车架是一个十分复杂的结构，用经典力学的方法不可能得到精确的解答，特别是在设计的初期不会有实测数据。
所以，以前的设计基本上是依赖于经验和类比，缺乏建立在力学特性、刚度、强度等分析基础上的科学依据。
随着计算机技术的高速发展，汽车车架的结构设计逐渐由传统的经验设计方法转向了现代设计方法。
如模态试验方法、有限元方法等。
其中，有限元方法已经成为建立有限元模型、模拟车架的主要分析途径，并慢慢走向成熟。
SGA92150型半挂车车架的结构设计与有限元分析
ｄ ｓ ｎ ｄ ｉ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｅ ｅ ｓ ｅｓａ ｄ ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈｅｆａ ｒ ａｃ ｌ ｔ ｉ ｅ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｓ ｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｎ ｔ ｔ ｓ ｎ ｅｏｍａ ｏ ｆｔ ｍｅ ａｅ ｃ ｌｕａｅ ｗ ｔ ｔ ｎｔ ｅｅ ｎ ｌ ｓ ｏｔ ｅＡ ｓ ｇ ｈ ｈ ｒ ｉ ｒ ｄ ｈｈ ｉ ｅ ｎ ｓ ｗａ ｗ ｒｂ ｎ ｈ ｂ ｎ ｉ ｌ ｅ ｓ Ｔ ｔ ｈ ｄ ａ ｔ ｃｕ ａ Ｓ ｌ ｌｍｅ ｔ Ｔ ｅ ｒｓ ｔ ｓ ｏ ａ ｅ ｓ ｅ ， ｓｒｎ￣ ｎ ｔ ｎ ｓ ｆ ｏｋ ｅ ｃ ｙ ｋ ｇ ｓ ｍｐｉ ｄ ａ ｅｒ ｅ ｒ Ｓｒ ｔｒｌ ｏｉ ｅｅ ｎ ． ｈ ｅｕ ｓ ｈ ｗ ｔ ｔｔ ｔ ｓ ｉ ｆ ａ ｌ ｕ ｄ ｌ ｈ ｈ ｒ ｔ ｓ ａ ｄ ｓ ｆ ｅ ｓ ｏ ｅ ｈ ｉ
载重 量大 ，额定 载 重 质量 １０ｔ （）半 挂 车 车 架 ５ ； ３
FSC赛车车架的有限元分析
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ —０ １—２ ５
作者简介 ： 施长政（ １ ９ ８ ８一 ） ， 男， 硕 士研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 现代 设 计 方 法 与 制 造技 术 。 通讯作者 ： 师忠秀（ １ ９ ５ ７一 ） ， 男， 教授， 硕导 ， 主要 研 究 方 向 为现 代 设 计 方 法 与 制 造 技术 。Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｈ ｉ ｘ ｚ ｙ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
１ 车架 力学分 析 的重 要性
车 架除 了协调悬 架 、 发动机 、 传动 总成等 部件 ， 同 时承受 着所有部 件传 递 的力和力 矩 ， 巧妙 合理 的空 间桁
架 式车 架结构 ， 不仅 能增 加强度 ， 同时也能减 轻质 量 ， 在 没有 实验成本 的条 件下 判断车 架 的强 度 ， 需 要进行 有 限元分 析来 获得分 析结果 ， 从而 保证 车架 的强度 。同 时 ， 车 架 的模 态分 析 ３ ］ 也很 重 要 ， 模 态 分 析结 果不 仅 反
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６ —９ ７ ９ ８ （ ２ Ｏ ｌ ３ ） Ｏ ２ —０ ０ ０ ６一Ｏ ５
Ｆ Ｓ Ｃ赛 车 车架 的 有限 元 分 析
施 长 政 ，师 忠秀 ，柳 威 ，王甜 甜
（ 青 岛大 学机 电工程 学院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ） 摘要 ： 为 确保 Ｆ Ｓ Ｃ赛 车 的安全性 能 ， 本 文 以车架 结构 为研 究对 象 ， 建立 车 架有 限元 模 型 ，
架结 构为研 究对 象 ， 建 立车架 有 限元模 型 ， 并采 用 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软 件对 车架进 行有 限元计算 分 析 ， 分 析结 果表
飞机牵引车车架三维有限元静态分析
． ◆ ．◆ ．◆ 。
● ◆
／
中图分 类号 ： Ｈ１ ， ４ ３３ 文献 标识 码 ： Ｔ ６Ｕ ６． ２ Ａ
常常会出现导入失败 ， 几何面 、 线丢失 ， 特征 的处理 飞机牵 引车是一种在地面 以牵引飞机为主的机场地面保障 复杂的模 型 ， 方法无法识别等现象 ， 不得不对模型进行简化 ， 需反复修改模型 ， 设备 。无杆顶推式牵引车在牵引时将飞机的前轮托起 ， 借助了飞 工 效 而且 模 型简 化 修 改 后 ， 与实 际模 机的重量来增加牵 引车车轮与地面的正压力使其所产生的附着 不 断 的 尝试 ， 作 量 大 ， 率 低 ， 力达到牵引飞机 的要求 。 比传统的有杆飞机牵引车在操作灵活性
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕ ｅ ｌ９ １
飞机 牵 引车车 架三维有 限元静 态分析
孙 书蕾 雷玉 勇 汤积仁 聂光伟 袁 卓林
（ 西华大学 特种加工研究所 ， 成都 ６ ０３ ） １０９
Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ａ ｉ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｔ ｎ ｌｓｓ ｏ ｉ ｒ ｆ ｔａ ｔ ｒ ｒ ｍｅ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏｎ ｌ ｎｔ ｅ ｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｓ ａ ｉ ａ ａｙ ｉ ｆ ｒ ａ ｔ ｒ ｃ ｏ ａ ｃ ａ ｃ ｆ
民用飞机的牵引 中。 在无杆牵引车中， 车架是重要的组成部分 ， 在 整车设计中占据着重要位置。以某型牵引车车架为研究 对象 ， 通
过对 车 架 结 构基 础 应力 进 行 分 析 了解 ， 主要 通过 建 立 有 限 元 分 析
货车车架有限元模型的建立及分析
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 ， 易 引起 事 故 ； 些 容 某
第
图 １ 车 架 有 限 元 模型
用 设施 的安装 基础 和关 键承 载部 件 。我 国对 于一 般 车
和 简化 ，本文 最 终模 型 包含 ２ ６５ ６个节 点 ．２ ８ ０ １ ２ ０３ ７ 个单 元 。从 Ｈ ｐ ｒ ｓ ｙ ｅｍｅｈ中 以 ｃ ｂ或 ｉｐ格 式文 件 导人 ｄ ｎ 到有 限元 软件 Ａ Ｓ Ｓ中 ，得 到 整个 车 架 的有 限元 模 ＮＹ 型 ， 图 １ 左为 车头 ， 为车尾 ） 见 （ 右 。
架 的设计 及强 度校 核 ， 依靠 经典 的材 料力 学 、 是 弹性力 学 、 构力 学 的经验 公式 。传 统 分析设 计 方 法。 有简 结 具
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 。 统方 法也 有 明显不 足， 传 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 ， 得 车架 的更 新 换代 的速度 较 慢， 能 与 现代 化 商 使 不
１ 工况及 模型 简 化
主 要从 弯 曲和扭转 工 况考 虑时 ．由于所有 载荷 的 加入 都 是在 超载 状况 下分 析 的 ，而 超载 时的受 力是 规 定 载荷 的 ２５倍左 右 ，所 以得 到 的结 果就 不 用加 动 载 ． 系数 ， 是极 限应 力状 况 ， 就 符合 实际 工况 。
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， 非根 据强 度要 求设 置 ． 车 架 并 对 结构 内力 分布 和变 形 的影 响较 小，因此建 模 时可 以忽
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。
蓝莓采摘车车架刚度有限元分析及弯曲扭转刚度试验
Ｒｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ＡＮＳ ＹＳ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｂｏ ｄ ｙ ａ ｎ ｄ Ｆｒ ａ ｍｅ ｏ ｆ Ｂｌ ｕ ｅ ｂｅ ｒ ｒ ｙ
形 。对蓝莓采摘车车架进行有限元刚度分析 ，可 以初步确定整个车架的刚度情 况。对车架弯 曲刚度进行 有限元分析 ，对光
车架和车 架结构扭转 工况进行 刚度分析 ，并且 进行 刚度试 验 。结果表 明 ，车 架在 极 限扭转 工况 ，整 车 变形不 大，刚度足 够。用实验验证蓝莓采摘车 车架刚度 ，以便更好验证整车车架扭转恶劣工况稳定性。 关键词 ：蓝莓采摘 车；有限元分析 ；刚度试验
第２ ９卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 １ １ 月
森
林
工
程
Ｖｏ ｌ ＿ ２ ９ Ｎ ｏ ． ６
ＮＯ Ｖ．， ２ ０１ ３
Ｆ０ＲＥＳ Ｔ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
蓝 莓 采 摘 车 车 架 刚度 有 限元 分 析 及 弯 曲扭 转 刚 度 试 验
李 志鹏 ，王 茜 ，杨凤 英
Ｈａ ｒ ｖ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ Ｔｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｂｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ
Ｌ ｉ Ｚ ｈ ｉ ｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｗａ ｎ ｇ Ｑ ｉ ａ ｎ ，Ｙ ａ ｎ ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ ｙ ｉ ｎ ｇ
（ Ｔ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ，Ｎ ｏ ｔ ｒ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ４ ０ ）
基于有限元分析的混凝土泵车副车架优化设计_
混凝土泵车由底盘、臂架部分、底架支腿部分、副车架、泵送单元、液压系统和电气系统组成。
副车架作为承上启下的重要部件，既通过底架承受了来自臂架和支腿传递的作业载荷，又与底盘连接受到了复杂道路形成的行驶载荷。
在泵车的质量事故中，副车架和底架以及副车架和底盘的连接部位会出现板材周边焊缝以及车架母材的开裂现象(见图1)。
所以，准确地模拟副车架的实际工况，对分析失效原因，提升结构件寿命是具有重要意义的。
1 作业工况关于工程机械的副车架分析与优化，此前研究较多的对象是混凝土搅拌车，主要载荷来源于行驶工况[1-2]。
而混凝土泵车作为依靠上装作业的工程机械，其结构件的受力分析主要考虑臂架以及底架支腿所产生的动载和弯矩的影响。
不例外的，关于泵车的副车架结构分析的文献，也多为施加的作业工况下载荷[3]。
本文仍然把作业工况作为泵车副车架受力分析的第一类情形。
泵送工况下，前后支腿完全伸展到位，垂直油缸完全支撑起整机并保持底盘轮胎离地或者不受力，位移边界作用于前后支腿垂直油缸的支撑点上，如图2所示。
臂架完全伸展水平，保持整机处于最大的倾翻弯矩作用下。
根据臂架所处的位置，作业载荷又可分为八种工况，其中工况5正后方属于禁止布料区域予以舍弃，见图3所示。
副车架及底架支腿的有限元CAE模型设置，见表1。
各部件之间的焊接以及装配关系通过单元耦合或者刚性单元连接来模拟，这类前处理细节在相关文献中已有介绍说明[3]，不是本文的重点，不再赘述。
2 行驶工况研究行驶载荷对泵车副车架的影响，首先需建立相应的有限元模型。
由实际工况可知，当前后支腿收缩到位，底盘轮胎着地，需通过梁单元（BEAM188）模拟底盘钢板或者气囊以及车轴，无需建立轮胎模型，位移边界作用于车轴端部。
基于有限元分析的混凝土泵车副车架优化设计Optimized Design for Concrete Pump Truck Frame Based on Finite Element Analysis黄大为1 易 滔2 许 宁2 杨 毅2（1.国家混凝土机械工程技术研究中心，湖南 长沙 410000；2.中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410000）摘要：本文在分析混凝土泵车副车架受到常规的作业载荷外，提出了涉及行驶载荷的三种工况。
ZL50型装载机前车架的有限元分析
２ 边 界 条 件
图 ２ 简 化 车 桥 与 车 架 组 合 模 型
前 车架 下 面与前 车 桥相 连 ．后 面 与后 车架 相 连 ，前 车桥 与后 车架 的刚度 都会 对 前 车架 的变 形
１３ 铰销 连接 模型 ．
性 参数 如表 １ 示 。 所
工 况
载荷／ ｋＮ 来自约 束 Ｅ Ｆ Ｇ
由于模 型 比较 复 杂 ，不 宜直 接 使用 自由 网格 划分 ， 因此 应控 制 单元 的尺 寸 ． 以确 保划 分 出来 的
网格较 规则 。 利于 以后 的有 限元 分 析 。 模 型整 有 本 体 单 元 尺 寸取 为 １ ｍｍ， 部 尺寸 （ 各个 铰 接 座 ７ 局 如 处 、 车架 与车 桥连接 处 等 ） 制 为 １ｒｍ， 比较 前 控 ０ ａ 将
前 车 架结 构 的受 力 点 Ａ１Ａ 、 、 、 ２都 是 、 ２ Ｂ Ｃ１Ｃ
铰销 连接 结构 ．如果 在分 析 中将 承 载 支座 处理 为 分 离或 刚性 连接 ． 不能 真实 反 映实 际情 况 。 了 都 为 反 映 真实 的情 况 ．本 文将 这 几处 的载荷 处 理 为轴 承载 荷 ．这样 就 真实 反 映 了这 种铰 销 连接 结构 的
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｃ ｒ ｆｏ ｔ ｒ ｍｅ ｆ ｔ ｕ ｎ ｌｓｓ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｙ ｒ ｓ Ｉ ａ｝ ； ｒ ｎ ａ ； ａｉ ｅ ａ ａｙ ｉ ； ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｅ ｆ ｇ ｉ ｅ
０ 引 言
装 载机是 一种 用途 较广 的工 程机械 ，对 加快
格划分 做准备 。前车架 的结构尺寸 根据 Ｃ Ｄ图纸 Ａ
摘要 ： 介绍 了基 于 Ｃ Ｅ技术对 Ｚ Ｓ Ａ Ｌ ０型装载机前车架进行结构分析 与可靠性设计 的思路 ： 应用 Ｐ Ｏ Ｅ软件建 Ｒ／ 立简化的 Ｃ Ｄ前车架模型 ， 型导入 Ａ Ｓ Ｓｗ ｒｂ ｎｈ中， Ａ 将模 Ｎ Ｙ ｏｋ ｅｃ 得到装载机前车架的有限元模型， 在该软件界面 下添加边界条件并划分网格 ， 考虑装载机实Ｉｘ 作状况 ， ￣ － ． 选取合适工况， 通过对有限元模型进行静态分析 ， 找出 应力集中点和容 易产生疲劳失效的部位 。
轿车副车架模态试验及有限元分析
１２ 测试及模态参数提取 ． 的传 感器 为压 电晶体 加速 度传 感器 ， 方 向各测一次 ）进行采集 ，最后集 中 处理 。本试验 中使用的数据采集和分
的作 用 ，阻隔并减少这些振动 与噪 声 第一阶 固有频率 （ 有限元计算 为 ６ ８．
动态特性对于研究整车的疲劳特性以及 ：
ＮＶＨ 性 能 有 重要 作 用… 。 目前 ，对 于 部 件 的 模 态 分 析 包 括 段 。 对 构 件 进 行 模 态 试 验 的 方法 具 有 可 信 性 高 的 特 点 ，但 是 在 研 究 开 发 过 程 中 如 需 多 次 试 验 ， 则 必 须 每 次 都 加 工 出 样 品 ， 耗 时 长 ， 过 程 复 杂 ， 而
由于进 行模态试验 时 ，没 有将与 验 结果在模态频率上 ，相对误差的均 车架连接处 的 ４个衬套取下 ，因此这 方根值 ≤５ ％，且误差大的都偏向于较 所影响。所以，为了增加试验结果与有 振力在现实情况下不多。此外 ，各阶模 部分进行修改。以 ＭＰ Ｃ单元模拟衬 的计算结果是准确的，即有限元模型具
有限元仿真以其 简单 、快捷的特点越 来越受歼发者 的青睐 ，但是 由于建模
过程中对一些约束和连接的等效以及结 构 的 简化 处 理 ，使得 一 些 特 征被 忽 略 ，从而使仿真 的结果 出现相应的误 差 。因此 ，将这 两种 方法 结合使 用 ，
ｓ ｂ帆 ｕｆ
；Ｍｏ￣ Ｔ ； Ｆｎｅ Ｅｅ 呐； Ｍｏａ ｎ 蜘 ｄｌ 眦 ｉｔ Ｉ ｉ ｍｅ ｄｌ＾
映试件整体结构振动特性的原则下进行
测点和激振点的布置＿ ，共布置了 ６ ３ １ ４
且成本高 ，不利于缩短 开发周期。而
ｓ ｕ ｔ ｄ ｎ ｝ ｒｓｉ ａ ｒ ｖ ｅ ｓｆ ｌ Ｐ ｆｒ ｎ ｅ ｉ ｌ ｅ ａ ｄ ｔＩ １ ｕｔ ｎ Ｊｏ ｉ ｕｅ ｕ 。 ｅｅ ｃ ｍａ ｅ ｅ ｅ ｐ ｄ ｆ ｐ ｎ ｌ ｉ ｉ ｙｎ ｍｉ ｈ ｒ Ｃ ｅ ｓ ｌｓ ｈ ｎ 托’ ｏ ａ ａ ｎ ｔ ｄ ａ ｃ ￣ ａ ｔ Ｍ ｔｃ ｗ ｅ ｙｚ ｇ ｓ ｃ ｓ ｆｘ ｄ ｎ ｈ ａ ． ｉｅ Ｏ ｔ ｃ ｅ
轻型载货汽车车架有限元静力学分析
摘要汽车车架作为汽车总成重要的一部分，车辆受到来自道路和装载的各种复杂载荷最终都会传递给车架，并且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。
因此，车架结构性能的好坏关乎这整车设计的成败。
若用传统经典力学方法计算，结果失真太大；而用试验法进行测试，成本高，周期长。
为此本文采用了有限元分析技术，来实现车架结构设计合理化和轻量化的目的从而大大减少设计费用，缩短设计周期，同时提高设计工作的效率。
因为，ANSYS在对实体模型分析上具有强大的功能，在结构静力学分析以及优化设计方面相比很多其他软件拥有十分明显的优越性。
本文利用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS对某轻型载货汽车车架进行了Pro/E建模和ANSYS分析。
通过对Pro/E和ANSYS软件的的了解和学习，采用Pro/E实体建模，导入ANSYS 进行网格划分，应力加载，求解得出经动态分析结果，得出结论，之后可根据需要对已设计的实体单元为基础的车架结构进行拓扑优化模型和简单的尺寸优化模型，以车架的纵梁截面尺寸为设计变量，以车架结构的总体积最下为优化目标，对车架纵梁截面尺寸进行优化并分析优化结果。
通过对初步设计出的轻型车架结构的实体建模及有限元分析，得到一些对车架设计有所帮助的结论，为今后车架的设计工作提供一定的指导作用。
关键词：轻型货车车架；三维建模；载荷；有限元静力学分析；模态分析ABSTRACTAutomobile frame, as an important part of the vehicle, the vehicle being loaded from the road and the complex will eventually be passed to the load frame, and the car is the frame number of important general in Chengdu as the carrier, and thus the strength and the framestiffness of the overall design of the car plays a very important role.Therefore, the performance is good or bad frame structure about the success of this vehicle design.If the traditional method of classical mechanics, the result is too large distortion; and tested using test method, high cost and long period.To this end this paper, the finite element analysis, design of the frame structure to achieve the purpose of rationalization and lightweight thus reducing design costs and shorten design cycles, while improving the efficiency of design work.Because, ANSYS solid model in the analysis of powerful features in the structure of static analysis and design optimization software, compared with many other obvious advantages.In this paper, three-dimensional modeling software Pro / E and the finite element analysis software ANSYS, a light truck chassis is a Pro / E modeling and ANSYS.On Pro / E and ANSYS software, understanding and learning, the use of Pro / E solid modeling, meshing into ANSYS, the stress load, obtained by solving the dynamic analysis of the results, draw conclusions, and then as needed for. The solid element has been designed based on the topology optimization of frame structure model and the size of a simple optimization model to frame the longitudinal cross-section dimensions of design variables, the total volume of the frame structure to optimize the next goal, on the framelongitudinal section size optimization and analysis of optimization results.The preliminary design by a light frame structure of solid modeling and finite element analysis, get some help on the conclusions of the frame design, frame design for the future to provide some guidance.Key words：Frame of track; Three-dimensional modeling; loads; Finite element static analysis; Modal analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 研究目的和意义 (1)1.2 车架国内外研究现状 (2)1.3 主要设计内容 (4)1.4 拟解决的主要问题 (5)第2章轻型货车的车架设计 (6)2.1 车架的概述 (6)2.1.1 车架的设计要求 (6)2.1.2 车架的结构型式 (6)2.1.3 纵梁、横梁及其联接 (10)2.1.4 车架的制造工艺及材料 (11)2.2 车架的结构设计 (12)2.2.1 车架设计参考 (12)2.2.2 车架参数的确定 (13)2.2.3 车架的弯矩及弯曲应力计算 (14)2.2.4 车架的挠度计算 (17)2.3 本章小结 (19)第3章车架三维模型的建立 (20)3.1 Pro/E软件介绍 (20)3.2 三维模型的建立 (21)3.3 本章小结 (25)第4章车架有限元分析 (26)4.1 ANSYS的特点 (25)4.2 ANSYS的基本组成和功能 (26)4.3 Pro/E与ANSYS接口的创建 (29)4.4 车架有限元的静力分析 (30)4.4.1 三维实体模型的网格划分 (31)4.4.2 施加约束条件 (32)4.4.3 车架4种工况分析 (33)4.5 车架有限元的模态分析 (42)4.6 本章小结 (48)结论 (49)参考文献 (50)致谢 (51)附录 (52)附录A 外文文献 (52)附录B 外文文献翻译 (58)附录C ANSYS分析程序命令流 (63)附C1 车架4工况分析前准备程序 (63)附C2 车架弯曲工况ANSYS分析程序 (70)附C3 车架扭转工况ANSYS分析程序 (75)附C4 车架急刹车工况ANSYS分析程序 (79)附C5 车架转弯工况ANSYS分析程序 (85)附C6 车架模态分析程序 (90)第1章绪论1.1 研究目的和意义在汽车制造市场竞争日益激烈的今天，汽车制造技术越来越先进，作为载货车主要承载结构的车架，它们的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能，如动力性、经济性、操纵稳定性。