[2016最新精品]车架有限元分析

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1、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

2、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0.9m，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

3、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RigidBeam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

4、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46770个，MPC单元为1338个，材料为欧洲高强度材料，屈服极限500MPa，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

5、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200mm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8

6、00kg，按其位置沿纵梁施加均布载荷;发动机重量为800kg，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24602kg,考虑到车辆制动时产生的载荷转移，在鞍座上施加25000kg的压力载荷;该车允许拖挂的总重为70000kg，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

7、粱所在位置处，最大应力不超过200MYa，远小于该车架材料的屈服极限500MPa。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200mm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