基于ANSYS的車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、基于ANSYS的車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)OptimizationDesignofFrameStructureBasedonANSYS摘要：汽車經(jīng)過(guò)130多年的發(fā)展，安全與節(jié)能已成為汽車設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在汽車結(jié)構(gòu)中，車架作為整車的基體和主要承我部件，具有支撐連接汽車各零部件和承受來(lái)自汽車內(nèi)、外各種載荷的作用，其結(jié)構(gòu)性能直接關(guān)系到整車性能的好壞。本文以某運(yùn)油車車架為研究對(duì)象，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)車架模型進(jìn)行簡(jiǎn)化與建立，利用ANSYS軟件對(duì)車架模型進(jìn)行參數(shù)定義，網(wǎng)格劃分，作用力施加，自由度約束，并對(duì)車架進(jìn)行了彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況、急減速工況、急轉(zhuǎn)彎工況的靜態(tài)分析，并分析位移與應(yīng)力圖，為汽車安全與節(jié)能設(shè)計(jì)提供了

2、理論支持。同時(shí)對(duì)車架也進(jìn)行了模態(tài)分析，得出車架的固有頻率與振型，提高整車設(shè)計(jì)水平，對(duì)避免共振與提高乘坐舒適性提供了理論基礎(chǔ)。Abstract：Theautomobilewhichhasdevelopedfor130years,securityandenergysavinghasbecometheleadingcontentforautomobiledeign.Amongthemanycomplexstnicturesinautomobile,theframeofthevehicleisthebasicpartandthemainbearingpart.Ithastlieftmctionofco

3、nnectingallpartsofthevehicletogetherandsubjectingvariousloadsfiominsideandoutsidethevehicle.Tlieperformanceoffiamestiuctureaffectswhethertheautomobilepropertyisgoodornot.hithispaper,theframeofafiieltankerisstudied.WesimplifyandestablishthemodelofframebyCATIA.TheparameteroftheframeisdefinedTliemodelo

4、ffiameismeshedbyANSYS.AddtheforceandfreedomofthemodeloffiamebyANSYS.Tliestaticanalysisofthefiameincludesthesituationofbending,torsion,barkingandsweivebyANSYS.Accordingtothefigureofdisplacementandstress,itprovidetheoreticalsupportfortheautomobiledesignofsecurityandenergysaving.Atthesametime,themodala

5、nalysisoftheframeisalsostudied.Basedontlieframeofnaturalfrequencyandvibrationmode,itprovidetheoreticalbasisforavoidingresonanceandimprovingridecomfortandimprovethelevelofveliicledesign.關(guān)鍵詞：車架，有限元，ANSYS,靜態(tài)分析，模態(tài)分析Keywords:Frame,Finiteelement,ANSYS,Staticanalysis,Modalanalysis1緒論1.1 概述最初汽車的發(fā)展，通常運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)判斷和

6、試驗(yàn)仿真進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。這種方法不僅浪費(fèi)財(cái)力人力，而且生產(chǎn)周期長(zhǎng)，研發(fā)效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)品高效開發(fā)的要求，且只能表征初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，中間過(guò)程無(wú)法得知，因而也無(wú)法幫助相關(guān)人員了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與相關(guān)學(xué)科和方法的迅速發(fā)展極大地促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)和科學(xué)研究地進(jìn)步，出現(xiàn)了新興的綜合延伸高效的學(xué)科。CAE作為一種新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)，逐漸應(yīng)用到更為廣闊的科學(xué)研究領(lǐng)域中。在某種意義上數(shù)值模擬比傳統(tǒng)方法對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)更加深刻，更為嚴(yán)謹(jǐn)，不僅可以分析問(wèn)題的結(jié)果，而且還可以動(dòng)態(tài)地、隨時(shí)連續(xù)地觀察事物的發(fā)展，細(xì)致地了解整體與局部的發(fā)展過(guò)程叫其中，近年發(fā)展起來(lái)的各種數(shù)值模擬仿真方法如有限元、多體動(dòng)

7、力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等技術(shù)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)中得到大量應(yīng)用，可以解決以往手匚計(jì)算無(wú)法解決的許多問(wèn)題，提高了行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。作為汽車總成的一部分，軍架承受著汽車內(nèi)外各種復(fù)雜激勵(lì)的作用，而且汽車上許多重要零部件都以車架為基體，因此，設(shè)計(jì)出包括安全節(jié)能在內(nèi)的各方面性能良好的車架是重要的工作。1.2 研究背景有限元法已成為汽車設(shè)計(jì)研制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在汽車研究的過(guò)程中，包括如車架、車橋、軍.身、懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、曲軸、離合器等總成以及NVH分析都要通過(guò)有限元進(jìn)行校核和優(yōu)化，大大的提高了汽車設(shè)計(jì)的水平和研發(fā)能力。目前，車架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)研究人員通常會(huì)簡(jiǎn)化車架。但是，簡(jiǎn)

8、化車架容易導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：車架簡(jiǎn)化過(guò)多導(dǎo)致求解精度不夠，容易使車架產(chǎn)生安全問(wèn)題,同時(shí)為避免安全問(wèn)題而使汽車設(shè)計(jì)過(guò)于安全，使資源耗費(fèi)較多，增加了成本，不利于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化和節(jié)能減排的設(shè)計(jì)理念；下架的設(shè)計(jì)與計(jì)算不同步，造成設(shè)計(jì)人員與制造人員溝通不順暢，很難達(dá)到技術(shù)目標(biāo)的質(zhì)量和設(shè)計(jì)的要求，不利于提高車架設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)代車架設(shè)計(jì)已發(fā)展到包括動(dòng)態(tài)仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等在內(nèi)的計(jì)算機(jī)分析、優(yōu)化和仿真階段山。計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代電子測(cè)試技術(shù)相結(jié)合已成為汽車車架重要的研究方法。本文用ANSYS軟件對(duì)某型運(yùn)油車的車架進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析，對(duì)進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)提供了有效的理論依據(jù)。1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文

9、以某運(yùn)油車的車架為研窕對(duì)象，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)車架模型進(jìn)行簡(jiǎn)化與建立，利用ANSYS對(duì)車架進(jìn)行參數(shù)定義，網(wǎng)格劃分，作用力施加，自由度約束。對(duì)車架進(jìn)行包括彎曲I：況、扭轉(zhuǎn)工況、急減速工況、急轉(zhuǎn)彎工況的靜態(tài)分析，對(duì)位移圖與應(yīng)力圖進(jìn)行分析，為提高車架與整車的設(shè)計(jì)水平提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)提高安全性與節(jié)能提供了理論價(jià)值。同時(shí)也對(duì)車架進(jìn)行了模態(tài)分析，得出固有頻率與振型圖，提高整年的設(shè)計(jì)水平，對(duì)提高乘坐舒適性與避免共振提供了理論支持。2基于CATIA與ANSYS的車架有限元建模2.1有限元法簡(jiǎn)介有限元分析分為三個(gè)階段，即前處理是對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格，建立能夠求解的有限元模型：處理是施加作用力，進(jìn)行自由度約束，

10、建立邊界條件進(jìn)行求解的過(guò)程；后處理是使用戶查看求解分析結(jié)果，分析計(jì)算問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，方便后期研究分析。（1）有限元法的分析步驟有限元求解問(wèn)題的基本步驟包括：結(jié)構(gòu)離散化。選擇位移模式。分析單元的力學(xué)特性。把所有離散單元的平衡方程整合成一個(gè)整體平衡方程。由平衡方程求解節(jié)點(diǎn)位移。計(jì)算單元應(yīng)變和應(yīng)力。（2）有限元法的特點(diǎn)對(duì)復(fù)雜幾何構(gòu)形的適應(yīng)性單元具有良好的空間性，并且具有不同的形狀與連接方式，在實(shí)際的應(yīng)用領(lǐng)域中許多繁瑣復(fù)雜不規(guī)則的結(jié)構(gòu)都可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分建立有限元模型。對(duì)各種物理問(wèn)題的適用性由于場(chǎng)函數(shù)形式并未受到限制，因此適用于各種力學(xué)，電磁學(xué)等有關(guān)問(wèn)題,而且還可以用于相互耦合的各種物理有關(guān)的問(wèn)題。（3）A

11、NSYS單元庫(kù)體系A(chǔ)NSYS單元庫(kù)體系中有對(duì)各種問(wèn)題分析時(shí)所需的單元類型，每種單元類型都有一個(gè)特定的標(biāo)識(shí)，例如，S0LID45,SHELL28,BEAM24等單元類型，其數(shù)字表示編號(hào)，數(shù)字前面的是表示單元類型的前綴叫SOLID表示實(shí)體單元，SHELL表示殼單元，BEAM表示板單元。主要類型見(jiàn)表2.1。表2.1ANSYS單元庫(kù)體系Tab.21CelllibraiysystemofANSYS單元類別單元維數(shù)單元名稱結(jié)構(gòu)點(diǎn)單元一MASS21結(jié)構(gòu)線單元2DLINK13DLINK3KLINK160.LINK1672D結(jié)構(gòu)梁?jiǎn)卧?D2D結(jié)構(gòu)實(shí)體單元3D2D結(jié)構(gòu)殼單元3D結(jié)構(gòu)管單元3D結(jié)構(gòu)界面一-結(jié)構(gòu)多點(diǎn)約

12、束單元-聯(lián)接單元一BEAM3、BEAM23BEAM4xBEAM161,BEAM188PLANE55、PLANE12KPLANE230S0LID70、S0LID97、S0LID123、S0LID168、S0LID231SHELL61,SSHELL209SHELL163、SHELL281PIPE288,PIPE289INTER202、INTER2O4MPC184C0MBIN165、COMBIN2142. 2車架幾何模型建立3. 2.1車架幾何模型簡(jiǎn)化使用CATIA建立幾何模型，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的思路是：(1)盡可能使建模簡(jiǎn)化如果不對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，則劃分的節(jié)點(diǎn)與單元數(shù)量龐大，分析時(shí)耗費(fèi)的資源就越多，嚴(yán)重

13、時(shí)導(dǎo)致分析計(jì)算崩潰。所以建立幾何模型時(shí)，由于縱梁與橫梁的連結(jié)為焊接和抑接，所以將縱梁與橫梁簡(jiǎn)化為整個(gè)剛體，另外忽略車架結(jié)構(gòu)中得一些配件安裝的輔助結(jié)構(gòu)，例如吊耳等，既有利于簡(jiǎn)化幾何建模，也有利于對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格，建立能夠求解的有限元模型。(2)忽略細(xì)節(jié)特征在建立幾何模型時(shí)，忽略對(duì)整體結(jié)構(gòu)分析產(chǎn)生較小影響的局部特征，將一些過(guò)渡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為原來(lái)的結(jié)構(gòu)形狀，同時(shí)將小孔以及倒角等特征簡(jiǎn)化為原實(shí)體，避免分析時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。3車架有限元靜態(tài)分析3.1 車架載荷分類與處理3.1.1靜載荷汽車靜止時(shí)，車架只承受黛以上的負(fù)荷，它是由車骨架結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的重量、車架上各零部件總成的重量及有效負(fù)荷組成，這些負(fù)荷的總和叫做靜

14、載荷。對(duì)負(fù)荷進(jìn)行處理，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、油箱、水箱等總成零部件，其作用力作用在車架的節(jié)點(diǎn)上，把他們作為集中力來(lái)處理。而對(duì)于貨物和駕駛室來(lái)說(shuō)，由于他們?cè)谲嚰苌系姆植驾^為均勻，所以把貨物和駕駛室的作用力，處理為他們作用面的平均力。車架的自身重量用重力加速度來(lái)表示，人的重量按每人65Kg進(jìn)行計(jì)算，按乘坐3人考慮?？紤]到與實(shí)際情況的差異以及分析計(jì)算時(shí)的難度等，主要考慮以下作用力，發(fā)動(dòng)機(jī)4510N,變速器1460N,輪胎225.4N,油箱1626.8N,貨物46354N,駕駛室6321N。3. 2車架工況的有限元分析通常路況與車.況具有很大的隨機(jī)不確定性，則車架受到的汽車內(nèi)外各種激勵(lì)也就充滿復(fù)雜性。車架受

15、到的載荷按作用表現(xiàn)形式主要有以下兒種，包括貨物在內(nèi)的汽車各總成零部件在重力作用下所產(chǎn)生的載荷稱為彎曲載荷：由于路面粗糙度以及汽乍行駛速度的影響，汽車在行駛過(guò)程中通常會(huì)有某一車輪處于懸空狀態(tài),致使車輪支撐不均衡，這就容易導(dǎo)致乍架受力不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)載荷；由于路況的隨機(jī)性，會(huì)導(dǎo)致汽車在良好路面頻繁加速以及在狀況不好的路面頻頻制動(dòng)減速,另外還有爬坡與下坡等狀況，致使乍架化慣性力的作用下產(chǎn)生縱向載荷；由于路況的變化，汽車需要急轉(zhuǎn)彎等轉(zhuǎn)彎狀況時(shí)，由于存在向心加速度，會(huì)使車架產(chǎn)生橫向的力，通常稱為側(cè)向載荷。我們通常把引起上述四種載荷的工況為汽車行駛時(shí)的典型工況，即彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況、緊急制動(dòng)和緊急轉(zhuǎn)彎工況

16、。在各個(gè)工況的分析中，要保證車架的使用要求，即車架的性能參數(shù)均應(yīng)滿足材料的性能參數(shù)，以保證汽車各方面的性能。其中，車架所采用材料為0235鋼，其屈服強(qiáng)度為235Mpa,抗拉強(qiáng)度為375460Mpao3. 3.1滿載扭轉(zhuǎn)工況利用ANSYS軟件對(duì)車架施加作用力與重力加速度，計(jì)算時(shí)約束右前輪UX、UY,約束右后輪UX、UY、UZ,約束左前輪UY,移動(dòng)量為0.1,約束左后輪UY、UZ；釋放其他自由度（橫向：X,垂直：Y,縱向：Z）。扭轉(zhuǎn)工況分析與彎曲工況類似，只需按照步驟（2）添加自由度約束即可。計(jì)算得出滿載扭轉(zhuǎn)位移圖（如圖3.5所示）和應(yīng)力圖（如圖3.6所示）。Fig.36Workingcondit

17、ionoftorsionstressdiagram由圖3.5可以看出，車架整體變形量比較小，發(fā)動(dòng)機(jī)的兩點(diǎn)支撐處變形量較大，可能與汽車在扭轉(zhuǎn)工況下，車輪與地面接觸不好，使車架受力較大，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的支撐點(diǎn)變形較大。由圖3.6可以看出，車架整體應(yīng)力變化較小，總體受力較均勻，但發(fā)動(dòng)機(jī)的支撐點(diǎn)處，應(yīng)力最大，但仍小于車架的屈服強(qiáng)度，所以車架在扭轉(zhuǎn)工況下滿足使用要求。4. 3.2緊急轉(zhuǎn)彎工況利用ANSYS軟件對(duì)車架施加作用力與加速度，計(jì)算時(shí)約束右前輪UY、UZ,約束右后輪UY，約束左前輪UX、UY、UZ,約束左后輪UY：釋放其他自由度（橫向:X,垂直：Y,縱向：Z）o扭轉(zhuǎn)工況分析與彎曲工況類似，需要按照步驟

18、（2）添加自由度約束，因?yàn)槠囋谵D(zhuǎn)彎時(shí)有縱向制動(dòng)減速度與向心加速度，取值分別為4.9和3.92。分析結(jié)果查看緊急轉(zhuǎn)彎位移圖（如圖3.9所示）和應(yīng)力圖（如圖3.10所示）。圖3.9轉(zhuǎn)彎工況位移圖Fig39Workingconditionofswervedisplacementdiagram圖3.10轉(zhuǎn)彎工況應(yīng)力圖Fig3lOWorkingconditionofswervestressdiagram由圖3.9可以看出，車架的位移量整體相差不大，其中輪胎處變形量較大,可能與輪胎和車架的連接方式有關(guān)，改進(jìn)輪胎與車架的連接方式。由圖3.10可以看出，車架的整體應(yīng)力遠(yuǎn)小于車架的屈服強(qiáng)度，滿足要求。4.1

19、模態(tài)分析簡(jiǎn)介模態(tài)振型是結(jié)構(gòu)本身固有的、整體的性質(zhì)。對(duì)車架進(jìn)行模態(tài)分析可以了解車架的振動(dòng)情況，分析車架的固有頻率，從而對(duì)車架固有頻率與汽車各零部件以及外部激勵(lì)頻率進(jìn)行全面的分析研究，研究設(shè)計(jì)人員可以獲得軍架在對(duì)應(yīng)情況下的振動(dòng)情況，從而了解車架的位移、應(yīng)力以及應(yīng)變的變化狀況。模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)、機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、機(jī)械的故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及聲控方面有著重要的應(yīng)用皿。模態(tài)分析是找出主要模態(tài)，了解結(jié)構(gòu)振動(dòng)的實(shí)質(zhì)，并用一系列簡(jiǎn)單獨(dú)立的振動(dòng)來(lái)表示復(fù)雜的振動(dòng)，并用一系列固有頻率、振型、阻尼等模態(tài)參數(shù)表示的分析過(guò)程。通過(guò)模態(tài)分析來(lái)分析和研究車架的固有性質(zhì)，并且通過(guò)分析一系列的車架模態(tài)參數(shù)對(duì)車架進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和仿

20、真設(shè)計(jì)。車架與外界發(fā)生共振時(shí)，其表現(xiàn)的系統(tǒng)振動(dòng)位移的一種形態(tài)稱為固有振型，通過(guò)振型方程求解出的一系列特征值稱為固有頻率，當(dāng)激勵(lì)頻率和固有頻率相等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振岡，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大變形量和振動(dòng)噪聲，使車架的可靠性和使用壽命大大降低。因此對(duì)車架進(jìn)行模態(tài)分析是檢驗(yàn)車架是否共振的有效方法。5. 2車架模態(tài)分析結(jié)果評(píng)價(jià)由于汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部分結(jié)構(gòu)的固有頻率均不同，所以汽車在行駛中常因路面粗糙度和汽車的各系統(tǒng)以及各零部件激勵(lì)作用而容易使整年與局部產(chǎn)生變形和振動(dòng)噪聲，影響可靠性，降低壽命。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置方式的不同會(huì)引起傳動(dòng)系統(tǒng)在傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)引起車身以及己不架為基體安裝的各總成零部件等產(chǎn)生變

21、形和振動(dòng)噪聲，影響汽車的耐久性與舒適性。車架所受到的隨機(jī)激勵(lì)主要取決于道路粗糙度,而路面的狀況乂有很大的隨機(jī)性；其次道路的激勵(lì)通過(guò)車輪等彈性元件傳遞到車架上，由于激勵(lì)的隨機(jī)復(fù)雜性，導(dǎo)致傳遞到車架上的作用力具有隨機(jī)不確定性；再者不同的汽車在同樣的路面激勵(lì)下，車架所受的激勵(lì)也是不同的。車架的固有頻率如果與外界激勵(lì)的頻率相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，引起較大的振幅與噪聲，共振現(xiàn)象使汽車的動(dòng)力性得不到充分的發(fā)揮，經(jīng)濟(jì)性變差。同時(shí)，還會(huì)影響汽車的使用性能和行駛性能，使乘員產(chǎn)生不舒服和疲乏的感覺(jué)，損壞汽車的零部件與貨物，嚴(yán)重時(shí)其至產(chǎn)生安全問(wèn)題，降低汽車的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。外界激勵(lì)的頻率可通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)與公式來(lái)

22、考慮：發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù)有關(guān)，則計(jì)算公式為c2nzf=(4.5)60r式中：n-發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速Z-發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)：l發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程數(shù)。本運(yùn)油車所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為CA4DF3T3E3U為四沖程四缸宜列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速轉(zhuǎn)速為750r/min,所以發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速頻率為25Hz：另外，該運(yùn)油車限速為79Km/h,可知發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率在90Hz左右。由模態(tài)分析結(jié)果可知，圖4.3所示的二階振型為一階扭轉(zhuǎn)，圖4.4第所示的三階振型為一階彎曲，圖4.5所示的四階振型為一階扭轉(zhuǎn)和一階彎曲變形的組合,圖4.6所示的五階振型為二階扭轉(zhuǎn)，圖4.7所示的六階振型為二階彎曲，

23、圖4.8所示的七階振型為三階彎曲。其中在第三階振型中，從前數(shù)第四根橫梁位置的附近，變形較大，可適當(dāng)?shù)脑诖宋恢锰砑蛹訌?qiáng)版，提高其剛度。在第六階振型中，第五根橫梁附近變形最大，需要進(jìn)行改進(jìn)。在第七階振型中，笫四根與第六跟橫梁變形最大，可對(duì)這兩個(gè)位置做適當(dāng)改進(jìn)。由表4.1可知，在前七階振型中，第四階振型的最大變形量為145.113mm,在前七階振型中變形量最大，最大的變形量位于軍架的右支撐處，同時(shí)在左后支撐處變形也較大，可以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)此位置的支撐方式，來(lái)提高其剛度。同時(shí)，由表4.1可知，前七階振型的固有頻率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速頻率，所以避免了在怠速狀況下的共振現(xiàn)象。同時(shí)，在運(yùn)油車行駛過(guò)程中，由

24、于限速為79km/h,發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率在90Hz左右,通過(guò)表4.1可以看出乍架的固有頻率均在150Hz以上，所以在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)共振。另外，道路的激振頻率一般在25Hz以下，由表4.1可以看出運(yùn)油車的車架的固有頻率在100Hz以上，故不處丁道路激振頻率范圍之內(nèi)，不容易發(fā)生共振現(xiàn)象。從圖4.2至4.8和表4.1中，可以看出，車架的橫梁振動(dòng)幅度較大，對(duì)于駕駛室來(lái)說(shuō)，會(huì)影響駕駛員的乘坐舒適性，容易引起駕駛疲勞，容易產(chǎn)生安全問(wèn)題，對(duì)與運(yùn)輸?shù)呢浳飦?lái)說(shuō)，容易造成貨物的損壞扶至發(fā)生意想不到的危險(xiǎn)，所以通過(guò)阻尼材料減小振動(dòng)時(shí)的振幅，提高整車的性能，也可通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置形式和調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式，降低

25、對(duì)車架的激勵(lì)。名吉論隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)值仿真方法廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究領(lǐng)域中,在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中完成的實(shí)體模型可通過(guò)這種方法，初步得到模型的應(yīng)力分布、作用力的作用過(guò)程以及檢驗(yàn)產(chǎn)品的有效壽命和工作可靠性和穩(wěn)定性。其中數(shù)值分析方法中有限元方法從最初的飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析迅速發(fā)展到廣泛的工程研究領(lǐng)域中，受到了研究人員的普遍關(guān)注，延伸到各種科學(xué)領(lǐng)域之中，能夠分析各種繁瑣復(fù)雜且人工無(wú)法計(jì)算的問(wèn)題，提高了求解速度與精度，成為一種高效實(shí)用的分析方法。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程是依靠經(jīng)驗(yàn)和公式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)的分析計(jì)算求證，直到符合包括各種重要性能在內(nèi)的使用要求，然后再由工程師依據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),接著依

26、托工廠按CAD模型進(jìn)行加工處理制造，最后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)，這種方法從計(jì)算到研制出產(chǎn)品，周期長(zhǎng)，耗費(fèi)較多的人力財(cái)力且產(chǎn)品不一定符合使用要求，具有不確定性?，F(xiàn)在CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，有限元分析方法得到了廣泛應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)信息測(cè)試技術(shù)的迅速發(fā)展，有限元分析的能力也有了很大的提高，汽車企業(yè)降低制造分析成本，提高了資源利用率，縮短了生產(chǎn)周期，提高了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的反應(yīng)市場(chǎng)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)本論文得到以下結(jié)論。（1）文中運(yùn)用CATIA對(duì)車架進(jìn)行了建模與簡(jiǎn)化，建立幾何模型，并利用ANSYS14.0軟件對(duì)某型號(hào)的運(yùn)油車的車架進(jìn)行了參數(shù)定義、網(wǎng)格劃分、自由度約束、教荷施加，建立能夠用于解析的有限元模型

27、。（2）利用ANSYS對(duì)車架進(jìn)行了包括彎曲1：況、扭轉(zhuǎn)工況、急減速工況、急轉(zhuǎn)彎工況在內(nèi)的靜態(tài)分析，求解得出位移圖與應(yīng)力圖，通過(guò)分析可得四種工況的最大應(yīng)力均遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，滿足工況要求，其中彎曲工況下，軍.架的變形量最大。通過(guò)位移圖與應(yīng)力圖可以適當(dāng)?shù)膶?duì)薄弱的位置增加鋼板厚度和鋼板的形狀等，在連接處可以改進(jìn)曲率與連接方式以減少應(yīng)力集中與變形量。對(duì)應(yīng)力與變形較小的地方可以適當(dāng)?shù)臏p少材料，減少資源浪費(fèi)，提高資源利用率，提高汽車的輕量化設(shè)計(jì)與節(jié)能研究。當(dāng)然修改后要進(jìn)行再一次的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，保證車架整體的安全性能。（3）對(duì)車架進(jìn)行模態(tài)分析，得出了前七階振型與固有頻率。由表4.1可以看出，車架的固有頻率

28、都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界激勵(lì)的頻率，所以不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。雖然本文對(duì)車架進(jìn)行了靜態(tài)分析與模態(tài)分析，但考慮到與實(shí)際情況的差異，在建模時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，所以在有限元進(jìn)行分析時(shí)，分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果必然存在一定的差異。所以，在今后的建模中注重與實(shí)際相結(jié)合，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，為設(shè)計(jì)人員提供更有價(jià)值的理論參考。本文只對(duì)干架做了靜態(tài)分析與模態(tài)分析，沒(méi)對(duì)軍架做疲勞分析。汽車運(yùn)輸過(guò)程中，車架受到的力是變應(yīng)力，容易引起疲勞破壞，疲勞破壞是軍.架研究的重要內(nèi)容之一。雖然車架滿足強(qiáng)度要求，但在車架設(shè)計(jì)中仍要避免應(yīng)力集中，選用疲勞強(qiáng)度高的材料以及提高疲勞強(qiáng)度的熱處理工藝，盡量提高車架的表面質(zhì)量。車架的設(shè)計(jì)要與節(jié)能、輕量化以及

29、減少噪聲等方面做更進(jìn)一步的研究。對(duì)車架進(jìn)行全面的分析，提高乍架的求解精度，使結(jié)果盡量與實(shí)際相符合。要注重與整車設(shè)計(jì)相聯(lián)系，提高整車的設(shè)計(jì)水平，使汽車的各方面的性能達(dá)到最優(yōu)化?，F(xiàn)實(shí)的汽車結(jié)構(gòu)材料各不相同，部件形式變化多端，連接方式多種多樣，激勵(lì)載荷紛繁復(fù)雜。所以，在今后的分析中，即保障汽車安全、舒適、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等要求，解決汽車整車及零部件的剛度和強(qiáng)度問(wèn)題，振動(dòng)和噪聲控制成為汽車設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。致謝本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師一老師的精心指導(dǎo)下完成的，從論文選題到完成，導(dǎo)師都給予我很大的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神、科學(xué)的思維方式、敏銳的創(chuàng)新思維、認(rèn)真匚作的作風(fēng)使我受益匪淺。同時(shí)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，導(dǎo)師無(wú)微不至的關(guān)懷令我深深感動(dòng)，在今后的學(xué)習(xí)、生活和工作中我將切實(shí)銘記導(dǎo)師的教誨。在此，衷心的感謝一對(duì)我的培養(yǎng)、教育、關(guān)心和支持。感謝所有在學(xué)習(xí)、生活和工作中給予我關(guān)心、支持和幫助的老師、同學(xué)和朋友們，同時(shí)衷心的感謝參與評(píng)閱論文的各位專家、教授。參考文獻(xiàn)1張紅松，胡仁喜，康士延等.ANSYS13.0有限元分析從入門到精通.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.2李正網(wǎng).基于ANSYS的重型貨車車架結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化研窕：(碩士學(xué)位論文).重慶：重慶交通大學(xué)，2009.3李小波.基于CATIA與A