HyperMesh重载车辆车架结构仿真及优化(2)
4.1静态分析典型工况的确定 20
4.1.1 重型载货车架技术指标 20
4.2.1 车架结构静力分析结果评价 21
4.3 车架在不同工况下的静态特性分析 21
4.3.1 满载弯曲工况 22
4.3.2 满载扭转工况 25
第五章 总结 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
车架是支承连接汽车的各零部件，并承受来自车内外载荷的主要结构。车架是整个汽车的基体，汽车的绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置。因此，车架工作时要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来自路面和车桥的激振而产生振动，设计中除了要有足够的强度、足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度保证汽车对路面不平度的适应性外，合理的振动特性也是十分重要的，以避免汽车在使用过程中各部件之间产生共振，导致某些部件的早期损坏，降低汽车的使用寿命。笔者采用ANSYS软件对车架进行强度及模态分析, 为改进结构和优化设计提供了可行方案。
1.1 课题背景
在汽车行业中，有限元法广泛应用于各大汽车总成，包括车架、车身、车桥、离合器、轮胎、壳体等零部件以及驾驶室噪声的分析，大大提高了汽车的设计水平，正在成为设计计算的强有力工具之一。
目前，在进行汽车车架设计时，设计人员主要采用的还是传统的办法对车架进行简化的计算，或者由其它部门进行有限元分析计算。车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面：一是车架简化计算精度不够，为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全，造成设计出的车架结构过重，增加了设计成本；二是造成车架的设计与计算分离，不利于提高车架设计人员的设计水平。
为了促进车架设计水平的提高，保证整车在市场上的竞争能力，必须将车架有限元分析技术提高到战略的高度上来。因此，本文以重型载货汽车车架为研究对象，对车架结构有限元模型的建立，静、动态特性分析进行研究与探讨。
1.2 有限元法在车架结构设计中的应用现状及问题
1.2.1 车架结构有限元模型的形式
有限元分析是用一组离散化的单元集合来代替连续体结构进行分析的，这种单元集合体称为有限元模型。如果已知各个单元的刚度特性，就可以根据节点的变形连续条件和平衡条件推出结构的特性并研究其性能。
由于有限元法是一种近似的数值方法，其计算结果是近似解，精度主要取决于离散化误差。因此，有限元模型的建立是进行有限元分析的关键性一步。根据采用的单元形式，车架有限元模型可以分为梁单元模型和板壳单元模型。
梁单元模型将车架简化为一组两个节点的梁单元组成的框架结构，用梁单元的截面特性反映车架的实际结构特性。这种结构单元和节点数目少，计算速度快；但是计算精度低，而且不能处理应力集中问题。梁单元模型适用于车架结构的初步方案设计。
板壳单元模型用板壳单元将车架的纵、横梁及连接板进行离散化，用板壳单元的厚度描述零件的厚度。这种结构单元准确的描述了形状复杂的车架结构，大大提高了有限元分析的精度，能够处理连接部位的应力问题；但是这种模型单元与节点数目众多，前处理工作量大，需要计算机内存大，计算速度慢。板壳单元模型适用于对车架分析精度要求较高的场合[1-4]。
1.2.2 车架结构有限元分析类型
(1) 静力分析
随着有限元法在汽车结构性能分析中的应用与发展，汽车车架结构静力有限元分析已经成为汽车车架结构性能分析必不可少的内容。