基于ug與ansys的節(jié)能車(hljit3a型)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計本科學位論文

第1章緒論1.1選題的背景、研究目的及意義本田（Honda）科研工業(yè)（中國）投資有限公司主辦的以“挑戰(zhàn)一升、環(huán)保一生”為口號的Honda中國節(jié)能競技大賽，在參與比賽的實踐中，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程師。在這樣的背景下，汽車領(lǐng)域的節(jié)能和減排，對保障國民經(jīng)濟健康持續(xù)發(fā)展、保護我們賴以生存的環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。從技術(shù)方面來講主要措施有輕量化和電子化，可以將汽車的燃料或能量消耗量、廢氣排放量減到最低。汽車領(lǐng)域的節(jié)能和減排，對保障國民經(jīng)濟健康持續(xù)發(fā)展、保護我們賴以生存的環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。從技術(shù)方面來講主要措施有輕量化和電子化，可以將汽車的燃料或能量消耗量、廢氣排放量減到最低。節(jié)能車采用非常規(guī)車用能源或采用常規(guī)的車用燃料，采用新型車載動力裝置，綜合節(jié)能車的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成技術(shù)原理先進，具有新技術(shù)，新結(jié)構(gòu)的汽車。載運節(jié)能汽車包括有：混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車、氫發(fā)動機汽車、其他新能源（如高效儲能器，二甲醚）汽車等。但針對現(xiàn)階段節(jié)能競賽僅需常規(guī)車用燃料，對其機構(gòu)優(yōu)化達到單位有效能源所能達到到最大期望值。在汽車技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，“節(jié)能、環(huán)保、安全”已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的主題，汽車的輕量化設(shè)計對提高車輛動力性、減少能源消耗與降低污染、結(jié)構(gòu)輕量化具有重要的實際意義。本設(shè)計為全國大學生節(jié)能車比賽用車，在詳細分析節(jié)能車結(jié)構(gòu)形式及工作原理基礎(chǔ)上，完成總體方案設(shè)計，利用UG完成節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計并進行校核計算，分析節(jié)能車制作工藝，利用UG軟件完成節(jié)能車的三維建模及虛擬裝配，利用ANSYS軟件對車架進行有限元分析，依據(jù)分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。1.2節(jié)能車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著對汽車安全、節(jié)能、環(huán)保的不斷重視，汽車車架一個關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的質(zhì)量對整車的安全使用及整車的經(jīng)濟性的影響非常巨大的，因而對車架進行有效的優(yōu)化設(shè)計計算是非常必要的。1.2.1節(jié)能車發(fā)展歷程目前國內(nèi)隨著居民收入水平的提高和政府鼓勵轎車進入居民家庭政策的出臺，汽車正在快速進入普通家庭。與此同時，汽車增購和換購的比例將會上升。首次購車的目的以家用和商務(wù)為主，二次及以上購車偏向于休閑娛樂車型。如F1賽車已成為世界廣大車迷追捧的焦點。世界一級方程式錦標賽是當今世界最高水平的賽車比賽，它與奧運會、世界杯足球賽并稱為“世界三大體育”。我們國家的賽車運動雖說還處于起步階段，但發(fā)展勢頭很好，各項賽事將是一個綜合性、立體性的傳播載體，是眾多企業(yè)展示實力與技術(shù)的一個良好平臺。大學生方程式賽車是大學生自主設(shè)計、制造的一款用于業(yè)余汽車比賽的賽車。它具有外型小巧、重心低、易操控，加速時間短、最高車速高、轉(zhuǎn)彎能力強等特點，并且成本低廉、易于維修、可靠性好，逐漸引起了人們的興趣。它較高的車速和靈活的轉(zhuǎn)彎能力在很大程度上滿足了當代青年人追求速度與感受刺激的需求，成為當代青年的熱寵，人們休閑娛樂的好工具。大學生方程式賽車更能適合大眾消費者的口味，因為它不但具有賽車的各項功能和刺激而且比F1賽車還減少了一些嚴格的規(guī)定和限制，如輪胎的規(guī)定、風翼的規(guī)定、及使用電子輔助駕駛的規(guī)定等。為了滿足人們對大學生方程式賽車的具體需求，為了促進汽車行業(yè)的發(fā)展，對大學生方程式賽車市場需求進行分析顯得尤其重要。大學生方程式賽車在中國是一個新型的車型，隨著國內(nèi)油價上漲，國際原油不穩(wěn)定，到底它有沒有市場空間，空間有多大，我們從目標市場及人們對節(jié)能車的認識評價等方面進行了調(diào)查。人們生活水平的提高和消費觀念的轉(zhuǎn)變，越來越多的人開始關(guān)注休閑娛樂，為此我們做了一個問卷調(diào)查，結(jié)果顯示一定考慮和會考慮使用或購買帶有競技性和娛樂性車的人群比例為37.7%，這表明有三分之一的人群對本款車有濃厚的興趣，喜歡本車帶來的刺激性和競爭性，樂意為本車付出自己的金錢和時間，只要我們做好相應(yīng)的營銷活動，相信本車會有很好的前景。不一定購買的占36%，結(jié)果如圖1.1所示。圖1.1考慮購買競技娛樂車人群的比例分布當然不一定購買的人群也是一種潛在的消費者，如經(jīng)濟收入達到一定的水平后，在年輕朋友的帶領(lǐng)下，對賽車產(chǎn)生濃厚興趣后，當更有利于他們的促銷方式出現(xiàn)時，這種潛在消費者就可能變成直接消費者。因此本設(shè)計車型有很大的需求空間。1.2.2節(jié)能車國內(nèi)外研究狀況及結(jié)果人們不僅把汽車做為代步工具，而且越來越多的人開始喜歡充滿刺激、競爭性強的賽車。其次本車的直接銷售對象為中青年，其中青年占多數(shù)，在營銷推廣中我們需要考慮他們的需求特點。例如隨著計算機的發(fā)展，更多的青年人從網(wǎng)絡(luò)接受廣告而不是傳統(tǒng)的方式。本車型與沙灘車、卡丁車的不同之處還在于其要求駕駛者必須持有駕駛執(zhí)照，所以對受訪對象是否擁有駕照這一項目進行了統(tǒng)計，其中有駕照的占到58%，調(diào)查結(jié)果如圖1.4所示。圖1.2受訪者有駕照比例購車決策者的男女比例我們可以看出駕駛技能已經(jīng)成為人們工作和生活中的一項基本技能，在不久的將來越來越多的人會成為汽車的消費者及使用者。據(jù)了解，男性在購車決策中的影響較大，對有駕照的受訪者進行了調(diào)查，在購車過程中是唯一決策者或決策者之一的男性人數(shù)比例高達86%，統(tǒng)計結(jié)果如圖1.5所示。圖1.3有駕照的購車決策者男女比例有人認為男人天生與汽車有著難解的緣分。一家汽車銷售店的店員表示，“每三個來買車的人中，至少有兩個是男的。”心理學家分析汽車能滿足男性的控制欲。從社會心理學的角度看，現(xiàn)代社會對男性的社會角色要求是堅強、果敢，這都與控制性有關(guān)。尤其是駕馭一輛方程式賽車，它的高加速性、靈敏性及刺激性更是男士們追求的目標。因此本設(shè)計車會更加受到男士們的青睞。在家庭購車方面男性朋友自然當起了決策者的角色，因為他們更愛車、關(guān)注車，也懂車。為了考察消費者對本款車型的價格承受能力，我們還對受訪者的家庭年收入進行了統(tǒng)計，結(jié)果顯示家庭年收入在4萬元以上的人數(shù)比例占到約60%，結(jié)果如圖1.6所示。大學生方程式賽車的研發(fā)成本控制在8萬元左右，實際投入生產(chǎn)后，由于批量生產(chǎn)及技術(shù)改進成本會大大降低，其銷售價格在5-6萬元間，所以大部分家庭是有能力來購買此車的。綜上所述，我們把目標消費群鎖定在年齡介于18-35歲，有駕照并且家庭可支配收入可以用來支付汽車消費的男性身上。圖1.4家庭年收入對汽車市場的消費需求擁有一個更加充分和明確的認識，我們進行了多角度的市場調(diào)查活動，消費者在購車過程中所考慮的因素主要包括：汽車的動力性、加速性、安全性、油耗、車輛配置以及其他顯示汽車的質(zhì)量和性能的指標，通過我們對受訪人群的調(diào)查可知，結(jié)果表明較多的人更加注重汽車的安全性能，這也會成為汽車的研發(fā)者和制造商需要重點關(guān)注和改進的方面，調(diào)查結(jié)果如圖7所示。調(diào)查結(jié)果顯示：購車時考慮車的安全性的人數(shù)為80，占總?cè)藬?shù)的比例為75%；其次為汽車的價格、油耗和加速性，考慮加速性的人數(shù)為51，所占的比例為48%。這表明安全性一直是人們購車時考慮的首要因素，在滿足了日常需求和安全的情況下，越來越多的人開始注重汽車所帶來的速度和刺激，這要求汽車的加速時間短，最高車速高。由此可見加速性能好，安全性能高的汽車將會受到更多人的青睞。我們的方程式賽車正是在考慮了這些因素的情況下而設(shè)計的，相信一定會擁有很好的市場發(fā)展前景。圖1.5購車考慮關(guān)系因素圖綜上所述，大學生方程式賽車具有廣闊的市場空間，尤其是年齡在18-35歲之間有駕照的男性朋友對這款車情有獨鐘。安全性、加速性及銷售價格是大家關(guān)注的主要因素。大學生方程式賽車滿足消費者需求，在消費者的經(jīng)濟能力承受范圍內(nèi)，適應(yīng)汽車市場的發(fā)展趨勢，一定會在未來汽車市場中占有一席之地。1.3研究內(nèi)容及研究方法目前，在我國還沒完全開發(fā)節(jié)能車的模擬仿真實驗平臺及完整的節(jié)油、測控體系，只有將汽車節(jié)油工程實踐和虛擬測控仿真結(jié)合起來，才能真正加快汽車節(jié)油節(jié)能的發(fā)展歷程。1.3.1研究內(nèi)容（1）節(jié)能車總體方案設(shè)計；（2）節(jié)能車AutoCAD二維結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核計算；（3）節(jié)能車制作工藝分析；（4）節(jié)能車UG三維建模及虛擬裝配；（5）車架ANSYS有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。1.3.2研究方法本課題基于UG與ANSYS的大學生節(jié)能車（HLJIT-3A型）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)用當前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件UG、有限元軟件ANSYS進行節(jié)油汽車的整體結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，為我國節(jié)油汽車產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高節(jié)油節(jié)能汽車的穩(wěn)定性和可靠性。研究采用的技術(shù)流程如圖1.8所示。收集相關(guān)資料及數(shù)據(jù)軟件接口分析結(jié)果總體方案的設(shè)計UG三維建模手繪二維設(shè)計及建模ANSYS有限元分析攥寫說明書

輕量化設(shè)計

收集相關(guān)資料及數(shù)據(jù)軟件接口分析結(jié)果總體方案的設(shè)計UG三維建模手繪二維設(shè)計及建模ANSYS有限元分析攥寫說明書

輕量化設(shè)計

圖1.8技術(shù)流程

第2章節(jié)能車車架整體結(jié)構(gòu)方案選定2.1節(jié)能車的工作原理與設(shè)計理念節(jié)能競技大賽是搭載Honda低油耗摩托車的4沖程發(fā)動機，通過動手制作挑戰(zhàn)節(jié)能極限的競技賽事，在等油耗的行駛中讓車手走有發(fā)揮走的更遠。該賽事任何人都可以輕松參與，隊員們通過自我創(chuàng)意，設(shè)計出世界上獨一無二的賽車參與角逐，人們不僅可以感受到“創(chuàng)造”與“交流”的樂趣，同時還可以體會到“低油耗就是環(huán)?！?。為了把我們賴以生存的地球更完好地傳遞給下一代，讓肩負著人類未來的年輕人通過思考和實踐，親身體會如何利用有限資源的重大意義，一起動手共同感受制作車輛的樂趣。大賽三個理念為：2.1.1節(jié)能減排節(jié)能大賽是一項以注重能源，創(chuàng)造節(jié)約型社會為主體的活動，希望所有參賽者能夠共享這種對地球環(huán)境保護的挑戰(zhàn)精神?，F(xiàn)在的中國正面臨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，在工業(yè)化進程不斷推進的同時，能源問題、環(huán)境問題變成我們迫切需要解決的課題。自1958年起，擁有超前環(huán)保意識的Honda就開始思索起了環(huán)保課題，著手并開發(fā)了更節(jié)能更環(huán)保的發(fā)動機產(chǎn)品。1981年，Honda在日本舉行了首屆節(jié)能競技大賽，至今已有29屆的歷史。在大賽中，選手們最大程度地有效利用能源，開拓思路，為創(chuàng)造全新的節(jié)能低碳生活，爭相展示他們的智慧與信念。

2.1.2挑戰(zhàn)與創(chuàng)造

超越家人、朋友、年齡、輩份和地域帶來的各種限制，Honda希望有更多的人們來參加比賽，在競技中互相交流，盡情享受創(chuàng)意與驚奇的樂趣。面對環(huán)保的挑戰(zhàn)，Honda不斷自我超越，從50年前，Honda研發(fā)出輕便、節(jié)能的Supercub引擎開始，從不間歇、挑戰(zhàn)極限，在上世紀八十年代，成功地將1升汽油的行駛距離從105公里提升至180公里。而節(jié)能競技大賽于2001年更是創(chuàng)造了3435公里/升的記錄，這是用嶄新的創(chuàng)意和新技術(shù)所積累的成果，是不斷挑戰(zhàn)的結(jié)果。節(jié)能競技大賽正是提供給大家一個共同來實現(xiàn)夢想和挑戰(zhàn)的舞臺。2.1.3人人參與簡單的競技規(guī)則，為每個人提供了一個參賽的機會。通過體驗比賽過程，培養(yǎng)人們豐富的創(chuàng)意和動手能力，體驗學習和創(chuàng)造帶來的樂趣。如何保護我們賴以生存的地球，是目前急需解決的問題，需要社會每一成員貢獻力量，而這恰好契合了節(jié)能競技大賽創(chuàng)始人本田宗一郎先生的初衷，讓每一個普通人都能參與到環(huán)保事業(yè)中。在日本，超越職業(yè)、地域、年齡各種限制，每年都有來自學校、企業(yè)以及來自社會上共約500多支代表隊參賽。在提高節(jié)能環(huán)保意識的同時，更能培養(yǎng)動手能力與團隊協(xié)作精神。2.2節(jié)能車的主要結(jié)構(gòu)方案確定減輕汽車車身重量，可以減少燃油消耗，裝配更多的裝備，提高汽車的性能。為了減少汽車重量，工程師主要從材料、工藝和結(jié)構(gòu)上想辦法。高強度鋼已成為近年來車身制造的首選材料。材料與加工工藝是密切相關(guān)的，新材料的應(yīng)用伴隨新工藝的產(chǎn)生，現(xiàn)代汽車制造技術(shù)得到新的發(fā)展。汽車車身各結(jié)構(gòu)的形狀、受力不一樣，對強度、剛度、拉延和塑性變形的要求各有不同，一般要根據(jù)構(gòu)件的形式、要求和的使用材料來選擇沖壓工藝。過去的沖壓工藝首先把鋼板剪裁成沖壓板料，然后沖壓成為沖壓件，再將各個沖壓件焊接成所需要的部件。一種新的工藝方式則將這種順序顛倒過來，它稱為“拼焊”，就是將不同厚度和不同性能的鋼板剪裁后拼焊起來的一種鋼板，這種拼焊鋼板可以沖壓加工。采用拼焊鋼板可以按照汽車的不同部位對應(yīng)采用不同的板材，更好地發(fā)揮其作用。例如在負荷大的地方采用較厚的高強度鋼板，而在其他部位則使用較薄的高強度鋼板。

拼焊采用激光焊接，經(jīng)過激光焊接的拼焊鋼板允許進行沖壓加工，經(jīng)沖壓成型而成為車身上的沖壓件。拼焊鋼板的應(yīng)用簡化了生產(chǎn)工藝、改善了構(gòu)件性能、減輕了重量。汽車上采用“拼焊”的部件常有側(cè)面框架、車門內(nèi)板、車身底板、立柱等。采用輕質(zhì)材料代替鋼材是近年汽車制造常用的方法，鋁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在發(fā)動機、輪圈、儀表板裝飾及其它零部件上，但是大量用于車身制造上還是少見，主要是受到加工技術(shù)和成本的約束。現(xiàn)在，還有一種鎂合金已經(jīng)出現(xiàn)在車壇上。鎂除了重量比鋁輕以外，還具有比強度和比剛度高、導熱導電性能好、阻尼減震和電磁屏蔽性好、易于加工成形、可以回收等優(yōu)點，是理想的金屬結(jié)構(gòu)材料。汽車上有60多種零部件適合采用鎂合金，例如發(fā)動機零件、變速器零件、儀表板、輪圈等。據(jù)介紹，對于使用鎂金的汽車而言，一般歐洲車用鎂合金9公斤至20公斤，北美車用鎂合金6公斤至26公斤。鎂合金也在日本生產(chǎn)的汽車上采用，例如鎂合金變速桿、變速箱體、車門內(nèi)框、扶手等等。由于鎂是地球儲量最豐富的金屬元素，加上它的合金材料優(yōu)點明顯，越來越受到汽車業(yè)的重視。2.2.1節(jié)能車車架設(shè)計要求根據(jù)設(shè)計原則、目標和用戶的需求特點，整車設(shè)計人員要提出被開發(fā)的車型的整車型式方案，主要包括以下幾個部分：設(shè)計參數(shù)要求：驅(qū)動型式：3×1；總質(zhì)量：0.12t；最高車速55km/h；最大爬坡：20%；車身長小于3m，自重小于60kg，乘載1人，駕駛員重量小于40kg，1公升汽油能行駛里程大于300公里，行駛速度大于50km/h，能夠變速，要求零部件材質(zhì)輕，車身外形設(shè)計要求風阻小，流線型好，即節(jié)油又要美觀。本設(shè)計幾個方面主要包括；（1）車架的種類和型式；（2）發(fā)動機布置和驅(qū)動型式；（3）車頭和駕駛室的型式及發(fā)動機與前軸的位置關(guān)系；（4）輪胎的選擇。1.發(fā)動機的種類和布置型式HLJIT-3A專用發(fā)動機。既保持了發(fā)動機壽命長、動力強、聲音輕、省油、環(huán)保等五大特點。功能介紹：單缸水冷二氣門四沖程化油器發(fā)動機，具有前后軸傳動輸出，電和手拉兩種起動方式，帶發(fā)動機易起動減壓功能，帶下坡發(fā)動機制動，帶停車變換的發(fā)動機體內(nèi)一體化高檔、低檔、空檔、停車檔、倒檔和檔位顯示，帶車速里程輸出，帶汽車式易更換機油濾；還可以根據(jù)廠家需要選擇配套4x4車、4獨立懸架的前后橋和所有傳動軸，可以電控方式方便的進行4x2、4x4、前橋差速鎖死的變換，ECU點火器帶危險工況的保護功能，還可以選裝空濾器、散熱器、風扇。發(fā)動機：HLJIT-3A型；缸徑×行程：87.5×82；最大功率：24kW/6500r/min；點火方式：無觸點、CDI直流點火；外形尺寸：長x寬x高（mm）：610×587.5×519；發(fā)動機形式：單缸、四沖程、水冷、四氣門、頂置式凸輪軸、單平衡軸壓縮比：10.2:1；最低燃油消耗率(g/kw.h)：≤340；潤滑方式：壓力飛濺潤滑；啟動方式：

電起動/手拉起動。如圖2.1所示：圖2.1發(fā)動機特性曲線駕駛室與發(fā)動機、前軸的布置位置，可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同的整車外型，當然對使用性能也有一定的影響方案一發(fā)動機前置前輪驅(qū)動（FF）。優(yōu)點分析：與后輪驅(qū)動的乘用車相比較，前輪驅(qū)動乘用車的前橋軸荷大，有明顯的不足轉(zhuǎn)向性能；因為前輪是驅(qū)動輪，所以越過障礙的能力高；主減速器和變速器裝在同一個殼體內(nèi)，動力總成結(jié)構(gòu)緊湊，且不需要在變速器與主減速器之間設(shè)置傳動軸，車內(nèi)地板凸包高度降低，有利提高乘坐舒適性；發(fā)動機布置在軸距外時，汽車的軸距可以縮短，因而有利于提高汽車的機動性；汽車的散熱器布置在汽車前部，散熱條件好，發(fā)動機可以得到足夠的冷卻；行李箱布置在汽車后部，固有足夠大的行李箱空間；容易改裝為客貨兩用車或救護車；供暖機構(gòu)簡單，且因管路短而供暖效率高；發(fā)動機、離合器、變速器與駕駛員位置近，所以操縱機構(gòu)簡單；發(fā)動機橫置時能縮短汽車的總長，加上取消了傳動軸等因素的影響，汽車消耗的材料明顯減少，使整備質(zhì)量減輕；發(fā)動機橫置時，原主減速器的錐齒輪需要用圓柱齒輪取代，這又降低了制造難度，同時在裝配和使用時也不必進行齒輪調(diào)整工作，此時，變速器和主減速器可以使用同一種潤滑油。缺點分析：前輪驅(qū)動并轉(zhuǎn)向需要采用等速萬向節(jié)，其結(jié)構(gòu)和制造工藝均復雜；前橋負荷較后軸重，并且前輪又是轉(zhuǎn)向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短；上坡行駛時因驅(qū)動輪上的附著力減小，汽車爬坡能力降低，特別是在爬越泥濘的坡路時，驅(qū)動輪容易打滑并使汽車喪失操縱穩(wěn)定性；由于后軸負荷小而且制動時軸荷要前移，后輪容易抱死并引起汽車側(cè)滑；當發(fā)動橫置時受空間限制，總體布置工作困難，維修與保養(yǎng)時的接近性變差；一旦發(fā)生正面碰撞事故，因發(fā)動機及其附件損失較大，維修費用高。方案二發(fā)動機中置后輪驅(qū)動（RR）優(yōu)點分析：動力總成布置成一體而使機構(gòu)緊湊，因為發(fā)動機后置，汽車前部高度有條件降低，改善駕駛員視野；同時排氣管不必從前部向后部延伸，加上可以省掉傳動軸，故可向內(nèi)地板凸包只需要有較低的高度用來容納操縱機構(gòu)的桿件和加強地板剛度即可，這就改善了后排座椅中間座位乘員出入的條件；整車整備質(zhì)量??；乘客座椅能夠布置在舒適區(qū)域；上坡行駛時，由于驅(qū)動輪上的附著力增加，爬坡能力提高；當發(fā)動機布置在軸距外時軸距短，汽車機動性能好。缺點分析：后軸負荷重，使汽車具有過多轉(zhuǎn)向傾向，操縱性變壞；前輪附著力小，高速行駛時轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，影響操縱穩(wěn)定性；行李箱在前部，受轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時要占據(jù)一定空間和改善駕駛視野的影響，行李箱體積不夠大；因動力總成在后部，距駕駛員較遠，所以操縱機構(gòu)復雜；駕駛員發(fā)現(xiàn)發(fā)動機故障不如發(fā)動機前置容易；發(fā)動機后置不僅對發(fā)動機冷卻和前風擋玻璃除霜帶來不利，而且發(fā)動機工作噪聲容易傳給駕駛員，一旦汽車發(fā)生追尾事故，又會對后排乘員構(gòu)成危險；受發(fā)動機高度影響，改裝為客貨兩用車或救護車困難。難點分析：因車型的布置結(jié)構(gòu)緊湊，選用此種布置發(fā)動機2.輪胎方案選擇規(guī)定賽車可裝備如下兩套輪胎：干胎——在檢查時安裝在賽車上的輪胎定義為干胎。干胎尺寸任意，型號任意。他們可以是光頭胎，也可是有紋的雨胎——雨胎可以是如下規(guī)定的任何型號和尺寸的有花紋和溝槽的樣式：2.2.2節(jié)能車的整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成車架是支撐賽車其他部件，構(gòu)成賽車主體的重要部件。本文敘述車架從最初設(shè)計到制造整個過程，其主要包含二大部分內(nèi)容：車架設(shè)計、車架制作。車架設(shè)計從車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、管件規(guī)格選擇與力學分析方面進行了敘述。車架制作部分詳細闡述了車架制造基本要求。汽車車身既是駕駛員的工作場所，也是承載整車機械及部件的場所。車身應(yīng)對駕駛員提供便利的工作條件，對乘員提供舒適的乘坐條件，保護他們免受汽車行駛時的振動、噪聲，廢氣的侵襲以及外界惡劣氣候的影響。汽車車身上的一些結(jié)構(gòu)措施和設(shè)備還有助于安全行車和減輕事故的后果。車身應(yīng)保證汽車具有合理的外部形狀，在汽車行駛時能有效地引導周圍的氣流，以減少空氣阻力和燃料消耗。此外，車身還應(yīng)有助于提高汽車行駛穩(wěn)定性和改善發(fā)動機的冷卻條件，并保證車身內(nèi)部良好的通風。汽車車身是一件精致的綜合藝術(shù)品，應(yīng)以其明晰的雕塑形體、優(yōu)雅的裝飾件和內(nèi)部覆飾材料以及悅目的色彩使人獲得美的感受，點綴人們的生活環(huán)境。汽車車身結(jié)構(gòu)主要包括：車身殼體、車門、車窗、車前鈑金制件、車身內(nèi)外裝飾件和車身附件、座椅以及通調(diào)節(jié)裝置等等。車身殼體是一切車身部件的安裝基礎(chǔ)，通常是指縱、橫梁和支柱等主要承力元件以及與它們相連接的鈑金件共同組成的剛性空間結(jié)構(gòu)?？蛙囓嚿矶鄶?shù)具有明顯的骨架，而轎車車身和貨車駕駛室則沒有明顯的骨架。車身殼體通常還包括在其上敷設(shè)的隔音、隔熱、防振、防腐、密封等材料及涂層。封閉制鈑制制件形成了容納人、發(fā)動機、車輪等部件的空間。車身外部裝飾件主要是指裝飾條、車輪裝飾罩、標志、浮雕式文字等等。車幾部裝飾件包括儀表板、頂篷、側(cè)壁、座椅等表面覆飾物。在轎車上廣泛采用天然纖維或合成纖維的紡織品、人造革或多層復合材料、連皮泡沫塑料等表面覆飾材料；在客車上則大量采用纖維板、紙板、工程塑料板、鋁板、花紋橡膠板以及復合裝飾板等覆飾材料。車身內(nèi)部的通風、暖氣、冷氣以及空氣調(diào)節(jié)裝置是維持車內(nèi)正常環(huán)境、保證駕駛員和乘客安全舒適的重要裝置。座椅也是車身內(nèi)部重要裝置之一。座椅由骨架、座墊、×背和調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。座墊和×背應(yīng)具有一定的彈性。調(diào)節(jié)機構(gòu)可使座位前后或上下移動以及調(diào)節(jié)座墊和×背的傾斜角度。某些座椅還有彈性懸架和減振器，可對其彈性懸架加以調(diào)節(jié)以便在駕駛員們不同的體重作用下仍能保證座墊離地板的高度適當。保證行車安全，在現(xiàn)代汽車上廣泛采用對乘員施加約束的安全帶、頭枕、氣囊以及汽車碰撞時防止乘員受傷的各種緩沖和包墊裝置。按照運載貨物的不同種類，貨車車箱可以是普通欄板式結(jié)構(gòu)、平臺式結(jié)構(gòu)、傾卸式結(jié)構(gòu)、閉式車箱、氣、液罐以及運輸散粒貨物(谷物、粉狀物等)所采用的氣力吹卸專用容罐或者是適于公路、鐵路、水路、航空聯(lián)運和國際聯(lián)運的各種標準規(guī)格的集裝箱。針對于大學生節(jié)能車要求在等油耗情況下，不采取ECU智能化調(diào)節(jié)的模式，在具備基本汽車特性上的同時減輕汽車自身自重，減輕車架質(zhì)量，通過UG三維建模運用ANSYS分析優(yōu)化車架設(shè)計。保持普通汽車基本安全性、操控性、舒適性的情況下，以求等油耗的情況下行駛距離最遠有效距離，以求追尋大賽口號“挑戰(zhàn)一升，節(jié)油一生”的宗旨。1.車架的設(shè)計車架的形式多種多樣，參賽的規(guī)則對車架結(jié)構(gòu)有著很多的要求，本部分首先介紹了車架的形式，然后對車架的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了闡述，最后對車架進行了分析，確定了各管件的材料與壁厚、外徑。車架形式的選擇根據(jù)規(guī)則要求，通過翻閱與查詢資料，我們發(fā)現(xiàn)車架有很多的方案可供選擇：（1）一體式金屬車架一體式車架是車架與車身融合成一體的車架，整個車身的外殼本身就屬于車架的一部分。通過這樣的結(jié)合，可以使得到的一體式車架具有較小的重量。一體式金屬車架大多選用鋼或者鋁制成，用焊接或鉚接的方法把各組件連接成一個整體。一體式車架的各組件一般都是用高壓沖壓機沖壓而成，這就需要專用的設(shè)備、模具以及較大的前期配套資金與技術(shù)投入，所以這種車架適于大規(guī)模生產(chǎn)，而不適用于中小批量生產(chǎn)。（2）一體式復合材料車架此類車架結(jié)構(gòu)形式與一體式金屬車架相同，只是所選用的材料變?yōu)閺秃喜牧希缣祭w維。復合材料與鋼或者鋁相比在同等質(zhì)量下有著更高的強度與剛度，所以此類車架的重量在各類車架中是最輕的。但是生產(chǎn)這種車架需要專用的加工模具，并且如果車架的設(shè)計發(fā)生修改的話模具還需要重新再制造一個。一體式復合材料車架不易于修理、制作車架的復合材料的價格一般較貴、加工過程困難這些都是該種車架的缺點。（3）桁架式金屬車架所謂桁架式金屬車架就是由金屬管焊接成具有空間三角結(jié)構(gòu)的框架，車上的其它零部件全都以此框架作為安裝基礎(chǔ)。這種車架生產(chǎn)工藝簡單，不需要特殊的加工技術(shù)與專用的設(shè)備，只用焊接或者鉚接即可完成車架。這種方式的加工成本較低，并且對車架進行修改或局部加強十分容易，只須修改金屬管的焊接位置或加焊金屬管即可。在質(zhì)量相等的情況下，桁架式車架往往可以得到比承載式車架(目前轎車車架的主流，所謂承載式車架就是是用金屬制成堅固的車身，再將發(fā)動機、懸架等機械零件直接安裝在車身上。這個車身承受所有的載荷，充當車架，所以準確稱呼應(yīng)為“無車架結(jié)構(gòu)的承載式車身”)更好的剛度。該種車架的材料也可用高強度復合材料來代替，但是因為高強度復合材料成本較高，所以桁架式車架多是金屬制的。賽車應(yīng)該從車架強度剛度、加工難易程度，是否需要專用設(shè)備與技術(shù)，材料成本與加工成本等各方面來進行綜合考慮，這樣才能使賽車有在比賽中有良好的表現(xiàn)。因為桁架式屬車架具有較好的強度與剛度，加工容易，不需專業(yè)的設(shè)備與技術(shù)、材料成本與加工成本都較為低廉，所以參加這次節(jié)能車大賽的賽車選用的是桁架式金屬車架。2.車架具體部分設(shè)計規(guī)則對車架有很多的要求，同時結(jié)合各個部件如發(fā)動機、差速器、轉(zhuǎn)向、制動的安裝要求，本設(shè)計車架的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2車架的三維結(jié)構(gòu)圖2.2.3節(jié)能車的各零部件之間的連接關(guān)系1.車架制造的基本要求節(jié)能車車架是賽車的支撐體，是賽車的基本部分，對賽車起著舉足輕重的作用，因此對賽車車架的制造過程有一定的要求。（1）節(jié)能車車車架的制造過程尺寸誤差必須在允許范圍內(nèi)。節(jié)能車車架的設(shè)計是根據(jù)規(guī)則要求與各部件布置確定的，制造過程中尺寸的偏差有可能不符合規(guī)則的要求，也有可能致使部分部件不能順利安裝在車架上。特別是對于精度要求高的部分更要高精度加工，比如懸架安裝處，確保誤差在更小的范圍。（2）節(jié)能車車架的制造過程必須保證所要求的強度。賽車在運動過程的力最后都會傳到車架上由賽車的車架承受，車架必須有一定的強度以保證在車運動過程中不會出現(xiàn)斷裂。車架在設(shè)計中已經(jīng)進行過受力分析，但是在制作時還必須達到設(shè)計時要求，特別是焊點的強度。2.節(jié)能車車架個支撐梁及各部件之間的連接關(guān)系大學生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要針對節(jié)能車整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其中主要針對車架進行優(yōu)化設(shè)計，車架基本結(jié)構(gòu)有焊接相連，部分配件需要螺栓鏈連接及其通過螺栓進行定位固定。之間關(guān)系如三維圖所示。圖2.3車架主體邊框圖2.4車架底部加強板圖2.5車架底部支撐梁圖2.6車前部支撐架圖2.7車前部左右側(cè)車耳圖2.8靠板架及支撐桿圖2.9車架后支撐架圖2.10駕駛員腳部支撐圖2.11發(fā)動機定位板圖2.3至圖2.11為整體車架設(shè)計已焊接相連的整車框架，除支撐部分均為鋁合金為焊接材料，減輕車架質(zhì)量，采用結(jié)構(gòu)框架受力的設(shè)計理念。圖2.12定位孔圖2.13駕駛員坐板定位連接孔圖2.12和圖2.13為鉆孔工藝與轉(zhuǎn)向桿起到定位作用，通過螺栓連接分別起到連接轉(zhuǎn)向機構(gòu)和與車架固定的作用。圖2.14支撐駕駛員坐板圖2.15為配件且削工藝件兩側(cè)向側(cè)視圖圖2.14和圖2.15分別為駕駛員坐板和轉(zhuǎn)向桿凹槽采用切屑工藝去除材料保證車架受力強度及車架剛度不變的情況下減輕車架質(zhì)量。圖2.16前輪轉(zhuǎn)向架圖2.17駕駛員坐板圖2.16和圖2.17分別為車架配件轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向桿和駕駛坐板，需要螺栓與車架定位連接。綜述分析以上如圖所示為設(shè)計車架各零部件部分及基本功能用途。2.2.4節(jié)能車架制作工藝分析車架是支撐賽車其他部件，構(gòu)成賽車主體的重要部件。本文敘述車架從最初設(shè)計到制造整個過程，其主要包含二大部分內(nèi)容：車架設(shè)計、車架制作。車架設(shè)計從車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、管件規(guī)格選擇與力學分析方面進行了敘述。車架制作部分詳細闡述了車架制造基本要求、車架的焊接步驟、并敘述了在車架焊接中遇到的關(guān)鍵問題以及解決方法。車架制造：1.車架制造的基本要求車架是賽車的支撐體，是賽車的基本部分，對賽車起著舉足輕重的作用，因此對賽車車架的制造過程有一定的要求。（1）車架的制造過程尺寸誤差必須在允許范圍內(nèi)車架的設(shè)計是根據(jù)規(guī)則要求與各部件布置確定的，制造過程中尺寸的偏差有可能不符合規(guī)則的要求，也有可能致使部分部件不能順利安裝在車架上。特別是對于精度要求高的部分更要高精度加工，比如懸架安裝處，確保誤差在更小的范圍。（2）車架的制造過程必須保證所要求的強度賽車在運動過程的力最后都會傳到車架上由賽車的車架承受，車架必須有一定的強度以保證在車運動過程中不會出現(xiàn)斷裂。車架在設(shè)計中已經(jīng)進行過受力分析，但是在制作時還必須達到設(shè)計時要求，特別是焊點的強度。2.車架制造中的關(guān)鍵問題與解決方案上屆參加大賽的賽車車架所選用的材料即為普通的20#鋼，20#鋼具有良好的焊接性能，焊接工藝簡單，不需要特殊的設(shè)備，只需用普通的手工電弧焊即可完成焊接任務(wù)。故我們選取的車架的焊接方式為氬弧焊，選用鋁條為焊條。鋁合金在熱加工后會出現(xiàn)熱變形的現(xiàn)象，這將會導致熱加工后零件的尺寸出現(xiàn)很大誤差，嚴重影響零件的功能。焊接即是熱加工，故車架焊接面臨的一大問題就是如何控制焊接后的車架的熱變形，保證車架重要部分尺寸精度。為了解決這個問題，查閱了很多文獻，并向有豐富焊接經(jīng)驗的師傅求教，我們決定采用以下幾點解決這一問題。首先，我們應(yīng)該從設(shè)備上來保證焊接加工的精度。我們購入了一個焊接平臺和設(shè)計制造了諸多夾具，整個焊接過程就是把管件用夾具固定在這個平臺上來完成。焊接加工時以平臺作為基準面，由于平臺上的各管件有著夾具的固定，焊接之后管件出現(xiàn)熱變形也無法移動，這對于控制車架焊接后熱變形起著極大地作用。其次，一個合理的焊接順序?qū)τ诳刂茻嶙冃闻c保證重要部分尺寸精度也起著重要的作用。所以，經(jīng)過資料查閱與請教師傅，最終確定出如4.3小節(jié)的焊接順序。最后，對車架進行及時地調(diào)整也是十分必要的。為了保證重要部分的尺寸，我們需要邊焊邊調(diào)整，使車架滿足設(shè)計尺寸要求。當整體車架完成后，還要把車架再靜置一段時間。當車架內(nèi)應(yīng)力釋放完畢后，再對車架進行最后的調(diào)整，這樣才能得到符合設(shè)計要求的車架。3.車架焊接順序(1)焊接底盤。保證底盤前懸架安裝區(qū)的尺寸嚴格滿足設(shè)計要求，其他部分基本滿足設(shè)計要求。(2)焊接前隔板，前隔板支撐，與前環(huán)。由于該賽車車架前隔板支撐與前懸架安裝管為一體，所以要前懸架安裝管有較高的尺寸精度就需要前隔板，前隔板支撐，與前環(huán)這三者嚴格滿足設(shè)計要求。(3)焊接前環(huán)支撐?！癤”形交叉點的位置要嚴格按照設(shè)計要求。(4)焊接主環(huán)。主環(huán)部分基本滿足設(shè)計要求即可(5)焊接側(cè)防撞結(jié)構(gòu)。側(cè)防撞結(jié)構(gòu)的頂管尺寸需要嚴格保證按照設(shè)計要求。(6)焊接發(fā)動機安裝區(qū)。尺寸基本滿足設(shè)計要求即可。(7)焊接主環(huán)支撐。尺寸基本滿足設(shè)計要求即可(8)焊接后懸架安裝區(qū)。由于該區(qū)與車架主體獨立，所以較容易保證精度。此部分尺寸要嚴格按設(shè)計要求。(9)后懸架安裝系統(tǒng)與車架主體進行對接。對接位置要嚴格按照設(shè)計要求。焊接車架上其余斜支撐管，這些管在車架主體完成后在主體上直接測量后加工焊接即可。在重點位置焊接加強板，以加強車架的整體剛度。車架的設(shè)計部分確定了車架的形式為桁架式車架結(jié)構(gòu)，結(jié)合綜合分析車架受力，確定選用6061-T6號鋁合金作為車架的材料，并結(jié)合不同的部分受力情況選定不同的規(guī)格。接著闡述了車架的制造過程，分析了制造過程中的尺寸、強度要求、熱變形這一關(guān)鍵問題的解決方法以及確定了車架的焊接順序，保證車架的焊接滿足設(shè)計要求。2.3節(jié)能車車架的結(jié)構(gòu)尺寸本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計車架技術(shù)參數(shù)：如圖2.18所示圖2.18車架底環(huán)尺寸車架長度：2260mm；車架寬度；650mm；車頭部分寬度：350mm；車尾部分寬度：297.3mm；車架高度:520mm。2.3.1節(jié)能車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計車架整體結(jié)構(gòu)要先了解選材和焊接，怎么對各種鋼材加工，并把車架搭出來。同時，通過最優(yōu)的結(jié)構(gòu)用最少的材料達到最大的剛度。圖2.19整車框架三維圖圖2.20原節(jié)能車車架圖2.18為整車框架整體裝配三維圖與圖2.19原節(jié)能車車架相比較而言在結(jié)構(gòu)上更為新穎采用框架支撐受力。相比較而言對受外力碰撞時對駕駛員的保護性更高，因為采用底環(huán)受力式結(jié)構(gòu)，由多個三角形及梯形基本元素結(jié)構(gòu)組成，在軟件分析及以往實測試驗中驗證了這兩種基本元素結(jié)構(gòu)受力時的抗壓強度及結(jié)合材料特性（鋁合金）的材料自身反彈度相對較好。兩幅車架從輕量化角度分析從構(gòu)建材料上原車架為角鋼構(gòu)筑，設(shè)計車架以鋁合金管為構(gòu)建材料，從而質(zhì)量大幅降低。從設(shè)計尺寸比較，原車架為長×寬×高為：3000mm×1000mm×650mm，設(shè)計車架長×寬×高為：2260mm×650mm×520mm。從體積分析可得出設(shè)計車架較原車架比較結(jié)構(gòu)更為緊湊，為車架輕量化奠定基礎(chǔ)。2.3.2節(jié)能車車架各部位的定位汽車車架是汽車上的一個重要部件，在設(shè)計中，人們總是希望在滿足強度的條件下使其質(zhì)量最輕。然而，傳統(tǒng)的車架設(shè)計多采用類比的方法進行經(jīng)驗設(shè)計，然后驗算其強度和剛度。結(jié)果造成結(jié)構(gòu)中局部應(yīng)力水平較高，其它部分應(yīng)力水平很低的不均勻現(xiàn)象。圖2.21人機工程學設(shè)計草圖如圖所示車架主要承受來自駕駛員、發(fā)動機和車架自身的重量，傳動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重量均可忽略不計。因此，如何處理載荷施加問題是我們必須考慮的。在新車架的設(shè)計中，我們將駕駛員的小腿以下約50N的重量均勻分布在轉(zhuǎn)向支架的下橫梁上、小腿至臀部約200N的重量均勻分布在兩根主承載梁前部，其余350N重量均勻分布在兩根座椅靠背支架梁上，發(fā)動機重量（約200N）以集中力的形式施加在座椅靠背支架后部的兩個支撐梁（發(fā)動機支架）中部，車架自重（約31N），座椅和水平面成5度夾角即可：臀角為90至115度，背角為5至28度，以車輛人機工程學理論為設(shè)計準則。2.4本章小結(jié)節(jié)能競技賽車是節(jié)能減排在汽車應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中的一種極限挑戰(zhàn)，對汽車節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有一定的指導意義。節(jié)能競技賽車發(fā)動機、底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等各部分的制作和改進方案。通過切實的實踐。從提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性指標，提高傳動系統(tǒng)的效率，減小車輛的橫向摩擦損失，減輕整車重量，降低空氣阻力等多個方面，給出了可行性的改進意見，分析了影響節(jié)能車節(jié)能目標的諸多關(guān)鍵問題。

第3章節(jié)能車車架建模設(shè)計3.1基于UG軟件三維建模通過軟件建模在虛擬平臺建立三維模型，目前有多款軟件可達到制作要求如：ProE、CATIA、CAD、UG等多款軟件。在本設(shè)計中采用UG為三維建模軟件，NX是UGSPLM新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動產(chǎn)品革新。NX獨特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。NX可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準則來確認每一設(shè)計決策。NX建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新，NX的成功已經(jīng)得到了充分的證實。這些目標使得NX通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗應(yīng)用和過程自動化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個實現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。這設(shè)計時方便設(shè)計者在設(shè)計建模中更好的對三維建模進行掌控。3.1.1UG軟件簡介UG是美國通用公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。設(shè)計對象的混合建模：在UG的設(shè)計環(huán)境中，無論是實體還是曲面，做到了真正的互操作；變量和參數(shù)化混合建模：在設(shè)計時，設(shè)計者不必考慮如何參數(shù)化設(shè)計目標，UG提供了變量驅(qū)動及后參數(shù)化能力。幾何和智能工程混合建模：對于一個企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經(jīng)驗積累到UG的知識庫中，用于指導本企業(yè)新手，或指導新車型的開發(fā)，加速新型號推向市場的時間。UG具有在整個產(chǎn)品周期內(nèi)的方便的修改能力，尤其是后期修改性，無論是實體建模還是曲面造型，由于UG提供了智能化的樹結(jié)構(gòu)，用戶可方便快捷的對產(chǎn)品進行重復修改，即使是在設(shè)計的最后階段需要做重大的修改，或者是對原有方案的更新?lián)Q代，對于UG來說，都是非常容易的事。UG所有模塊具有全相關(guān)性，UG的各個模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，因此UG的各個模塊存在著真正的全相關(guān)性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。并行工程的設(shè)計環(huán)境使得設(shè)計周期大大縮短，UG提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設(shè)計模式已不再是新鮮的概念，總體設(shè)計部門只要將基本的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結(jié)性，使得上游設(shè)計結(jié)果可做為下游的參考，同時，上游對設(shè)計的修改能直接影響到下游工作的刷新。實現(xiàn)真正的并行工程設(shè)計環(huán)境。4.4本章小結(jié)通過本章節(jié)的敘述，對節(jié)能車車架的力學建模及參數(shù)化建模進行詳細的分析論述，估算車車架的總質(zhì)量，與普通汽車結(jié)構(gòu)相比計較，論述影響車架的因素及解決措施，從實際角度闡明論述。

第5章節(jié)能車車架輕量化分析輕量化設(shè)計可從材料上入手，如采用碳纖維或鋁合金等輕質(zhì)材料來替代傳統(tǒng)的鋼，但成本偏高，且制作上存在難度（鋁合金不易焊接），所以從車架梁的截面形狀和面積來入手顯得更為實際。相關(guān)文獻中指出由于車架本身結(jié)構(gòu)和載荷的復雜性，無法以建立力學模型、通過數(shù)學計算的方法來獲得準確的解析，而隨著計算機技術(shù)發(fā)展所逐漸興起的有限元法可有效地計算車架在各種工況下的響應(yīng)，為設(shè)計提供有力的理論依據(jù)。使用上文中已經(jīng)比較得出的較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)下沉式車架結(jié)構(gòu)來進行下列截面優(yōu)化分析。5.1ANSYS有限元分析軟件介紹分析軟件種類繁多，其中最具代表性的有：ANSYS、SAP系列、MSC／NASTRAN、ADINA、ASKA以及I—DEAS等等，這些有限元軟件功能強大，不可以分析線性問題還可以分析非線}生問題的動態(tài)特性，不僅可以分析單個實體，同時還可以分析多個實體的結(jié)合體。ANSYS公司是目前CAE行業(yè)最大的公司，在同行業(yè)中也是一直處于領(lǐng)先地位。ANSYS程序是一個功能強大的靈活的設(shè)計分析及優(yōu)化、融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元商用分析軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、電子、土木工程等一般工業(yè)及科學研究。該軟件提供了一個不斷改進的功能清單，具體包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計算流體動力學分析、優(yōu)化設(shè)計、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、大應(yīng)變／有限轉(zhuǎn)動功能以及利用ANSYS參數(shù)設(shè)計語言(APLD)的擴展宏命令功能?；诓藛蜗到y(tǒng)使用戶能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，方便用戶操作。在產(chǎn)品設(shè)計中，用戶可以使用ANSYS有限元軟件對產(chǎn)品性能進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，降低設(shè)計成本，縮短設(shè)汁周期，提高設(shè)計的成功率。該軟件主要功能特點如下：1.具有良好的圖形用戶接口(GUL)通過GUI可方便的交互訪問程序的各種功能、命令、用戶手冊和參考材料，并可一步一步完成整個分析，因而使ANSYs易于使用。在用戶接口中，ANSYS程序提供了四種通用方法輸入命令：菜單、對話框、工具桿、直接輸入命令。菜單出運行ANSYS程序是相關(guān)的命令和功能組成，位于各自的窗口中，用戶在任何時候均可用鼠標訪問這些窗口，這些窗口也可用鼠標移動或隱去操作。ANSYS命令根據(jù)其功能分組，保證了用戶快速訪問到合適的命令。2.全交互式圖形它是ANSYs程序中不可分割的組成部分，圖形對于校驗前處理數(shù)據(jù)和在后處理中檢查求解結(jié)果都是非常重要的。3．處理器ANSYS按功能作用可分為若干個處理器：包括一個前處理器、一個求解器、兩個后處理器、幾個輔助求解器等。ANSYs軟件含有多種有限元分析的功能，包括從簡單的線性靜態(tài)分析到復雜的非線性動態(tài)分析。一個典型的ANSYS分析過程可以分為以下三個步驟：創(chuàng)建有限元模型、施加載荷進行求解、查看分析結(jié)果。ANSYs軟件功能強大與其有著很多模塊是分不開的，ANSYS的模塊化結(jié)構(gòu)如線框表所示:模塊結(jié)構(gòu)ANSYS功能強大與其有著很多的模塊應(yīng)用是分不開的。在有限元的分析過程中，程序通常使用以下三個部分：前處理模塊(PREP7)，分析求解模塊(sOLuTl0N)和后處理模塊(POsTl和POsT26)。前處理模塊為一個強大的實體建摸和網(wǎng)格劃分的工具，通過這個模塊用戶可以建立自己想要的工程有限元模型。分析求解模塊即是對已建好的模型在一定的載荷和邊界條件下進行有限元計算，求解平衡微分方程。后處理模型是對計算結(jié)果進行處理，可將結(jié)果以等值線、梯度、向量、粒子流及云圖等圖形方式顯示出來，也可以用圖表、曲線的方式輸出。下面就ANSYS軟件三種模塊的功能進行以下簡單介紹：(1)前處理模塊ANSYS軟件的前處理模塊主要實現(xiàn)三種功能：參數(shù)定義、實體建摸和網(wǎng)格劃分。ANSYS程序在進行結(jié)構(gòu)建模的過程中，首先要對模型的材料進行參數(shù)定義，包括定義使用單位制，所使用單元的類型，定義單元實常數(shù)，材料的特性以及使用材料庫文件等。在實體建模過程中，ANSYs程序提供了兩種方法：從高級到低級的建模和從低級到高級的建模。無論用戶采用哪種方式建模，都需要進行布爾操作來組合結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以構(gòu)建用戶想要得到的模型，例如加運算、減運算、相交、刪除、重疊和粘貼等。ANSYS程序提供了六面體、四面體、和三角形的映射網(wǎng)格劃分。(2)分析求解模塊求解模塊是程序用來完成對已經(jīng)生成的有限元模型進行力學分析和有限元求解的。在此階段，用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項。在ANSYSY程序中，可進行下列類型的分析：靜態(tài)、瞬態(tài)、調(diào)諧、模態(tài)、譜、撓度和子結(jié)構(gòu)。一般所謂的載荷應(yīng)該包括邊界條件(約束、支承或邊界的參數(shù))和其它外部或內(nèi)部作用載荷。在ANSYS程序中載荷分為六類：DOF約束、力、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷和耦合場載荷。(3)后處理模塊當完成計算以后，可以通過后處理查看結(jié)果。ANSYS程序的后處理包含兩個部分：通用后處理模塊和時間歷程后處理模塊。其中通用后處理模塊可以查看整個模塊或選定的部分模塊在某一子步(時間步)的結(jié)果。可以獲得等值線顯示、變形形狀以及檢查和解釋分析的結(jié)果和列表。P0sTl還提供了其它的功能，包括誤差估計、載荷工況結(jié)合、結(jié)果數(shù)據(jù)的計算和路徑操作等。通過單擊主菜單中的GeneralPostproc可以直接進入到通用后處理模塊?？捎糜诓榭茨Ｐ偷奶囟c在所有時間步內(nèi)的結(jié)果，可以獲得數(shù)據(jù)時間(或頻率)的關(guān)系圖形曲線以及列表。可以進行曲線的代數(shù)運算，變量之間的可以進行加、減、乘、除運算以產(chǎn)生新的曲線；還能夠從時間歷程結(jié)果中生成譜響應(yīng)。5.2ANSYS與UG接口的建立在三維建模、力學分析及參數(shù)化建模之后，需用ANSYS對本設(shè)計車架進行靜力學分析及模態(tài)分析首須解決的就是兩款軟件之間的接口問題，經(jīng)過實際操作總結(jié)兩種軟件接口方法：1.直接轉(zhuǎn)換方法：在UG中EXPORT選擇PARASOLID，輸出為文本格式，然后在ANSYS中輸入即可，在UG的環(huán)境文件中設(shè)置好ANSYS的版本號、路徑，則在UG中可以調(diào)用ANSYS分析引擎；在ANSYS中~\ANSYS57\ac4\bin中設(shè)定UG的parasolid版本即可直接讀入UG的part文件，可以將UG18中的圖形轉(zhuǎn)換成11－16版本才可以用ANSYS讀出來，在ANSYS中~\ANSYS57\ac4\bin中設(shè)定UG的parasolid版本即可直接讀入UG的part文件，\ANSYS57\ac4\bin下只有ug170的文件夾，也就是說只支持17版本以下UG的parasolid，此時可添加ug160文件夾，將ug170中內(nèi)容完全copy過來，即可直接讀入ug16的part。直接轉(zhuǎn)換對于軟件版本要求較高，而且兩款軟件之間版本有固定搭配，不利于進行軟件分析，相互導入時會出現(xiàn)文件破損或文件丟失，導致目標建模不完全，不利于分析。2.間接轉(zhuǎn)換方法：在UG界面中直接選擇文件另存為ProE的文件格式（×.sec），再由ProE與EANSYS進行接口建立，保存為（×.iges），有ProE導入ANSYS當中進行加載分析。由于PROE為通用三維制圖軟件，使用時間較長，所以在接口處理方面交UG更為成熟，所以選擇中間轉(zhuǎn)換的方法，UG各版本均可與ProE各版本之間進行轉(zhuǎn)換，但也存在優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)換的問題，同樣需要版本匹配，但與直接轉(zhuǎn)換相比較，間接轉(zhuǎn)換適用性更高，所以本設(shè)計中采用間接轉(zhuǎn)換連接UG與ANSYS兩款軟件。5.3節(jié)能車架靜力學分析由前面的受力分析可知，車架主要的受力在低環(huán)的縱橫梁上，因其直接承受汽車載荷。單獨拿出來進行有限元分析。車架的受力情況如圖5.1所示。圖5.1受力試圖圖5.1所示中前后輪支撐架Fa1、Fa2、Fe1、Fe2為加載約束；Fb、Fc、1Fc2、Fd1、Fd2、Fd3為受力加載F=Fb+Fc+1Fc2+Fd1+Fd2+Fd3=650N1.定義屬性單元屬性主要包括：單元類型、實常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實常數(shù)包括：厚度、橫截面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性主要包括：彈性模量、泊松比以及材料密度等。本設(shè)計中主要定義單元類型、彈性模量、泊松比。定義過程：（1）Preferences/Structural；（2）Preprocessor/ElementType/ADDEditDelete/LibraryofElementTypes第一對話框選擇StructuralSolid，一般選擇第二對話框選擇TET10node187；（3）Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/Elastic/Isotropic/輸入EX(彈性模量)值，輸入PRXY(泊松比)值。節(jié)能車車架材料為鋁合金管材，其彈性模型EX=6.8e10，泊松比PRXY=2.5。2.網(wǎng)格劃分本設(shè)計中主要采用智能自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分精度選擇為6級，網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖5.2所示，有限元模型中共有個10256單元，6899個節(jié)點。圖5.2有限元模型3.約束加載及求解約束加載步驟如下:（1）Solution/AnalysisType/NewAnalysis/Static；（2）Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnAreas；選擇節(jié)能車車架前后輪支撐進行約束，故選擇ALLDOF(全約束)；約束模型如圖5.3所示。（3）Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Pressure/Onareas；車架上端面/輸入加載壓強的大?。ㄗ⒁夥较颍芰斎氲臑镕產(chǎn)生的壓強值：。加載模型如圖5.4所示。圖5.3約束模型圖5.4加載模型（4）求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。4.查看結(jié)果及分析（1）查看變形結(jié)果：GeneralPostProc/PlotResults/DeformedShape/Ok；獲得的X、Y、Z方向位移云圖及總變形云圖如圖5.5至5.8所示。圖5.5X方向變形云圖圖5.6Y方向變形云圖圖5.7Z方向變形圖5.8總變形變形量分析：從圖中可以看出X方向的最大變形量為0.094mm，Y方向的最大變形量為0.004mm，Z方向的最大變形量為0.142mm，總方向最大變形為1.06mm。可見車架的變形主要為水平方向變形，變形量很小，充分滿足剛度要求。（2）查看應(yīng)力結(jié)果：GeneralPostProc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu/Stress/SX(X方向應(yīng)力)、SY（Y方向應(yīng)力）、SZ（Z方向應(yīng)力）、SEQV（綜合應(yīng)力）。如圖5.9至5.12所示。圖5.9X方向應(yīng)力云圖圖5.10Y方向應(yīng)力云圖圖5.11Z方向應(yīng)力狀況圖5.12綜合應(yīng)力狀況應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。X方向最大應(yīng)力為26.5MPa，Y方向最大應(yīng)力22.5MPa，Z方向最大應(yīng)力為54.3MPa，綜合應(yīng)力最大值為58.7MPa，最大應(yīng)力發(fā)生在基板和立板焊接的接縫處，無論是單個方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均小于27號鋁合金管材的許用應(yīng)力800MPa，故充分滿足強度要求。通過有限元分析可知，本設(shè)計中的節(jié)能車車架尺寸及選用的材料均符合要求。5.4節(jié)能車架模態(tài)分析導入ANSYS后的車架模型如圖5.13所示。圖5.13車架模型導入到ANSYS1、定義屬性單元屬性主要包括：單元類型、實常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實常數(shù)包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。材料屬性主要包括：彈性模量、泊松比以及材料密度等。本設(shè)計中主要定義單元類型、彈性模量、泊松比及材料密度。定義過程：（1）選擇MainMenu/Preferences/Structural；（2）選擇MainMenu/Preprocessor/ElementType/ADDEditDelete/LibraryofElementTypes第一對話框選擇StructuralSolid，第二對話框選擇Tet10node187；(3)MainMenu/Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/Elastic/Isotropic/輸入EX(彈性模量)值，輸入PRXY(泊松比)值，輸入DENS（密度）值。本設(shè)計中：車架材料選擇27AL，彈性模量EX=68e9Pa,泊松比PRXY=0.25，密度DENS=2712kg/m3。2、網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分同靜力學分析操作相同。3、施加約束、加載并求解本設(shè)計是對車架進行自由狀態(tài)下的振型模態(tài)分析，具體約束是在小頭接觸區(qū)，保留沿承重梁長度方向上的移動，其他自由度給予約束，在載荷與車架底梁的接觸區(qū)自由度全部予以約束。選擇MainMenu/Solution/AnalysisType/NewAnalysis/Modal/OK；（2）選擇MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnAreas/選擇前環(huán)接觸區(qū)的UX（X方向位移）、UY（Y方向位移）進行約束，選擇尾環(huán)接觸區(qū)進行ALLDOF全約束；（3）選擇MainMenu/Solution/LoadStepOpts/OutputCtrls/DB/ResultsFile選Everysubstep，參照圖5.14；圖5.14“求解輸出控制”對話框（4）選擇MainMenu/Solution/AnalysisType/AnalysisOptions/選擇BlockLanczos，NO.ofmodestoextract文本框中輸入6，在NO.ofmodestoexpand文本框中輸入6，單擊OK，參照圖5.15。起至頻率設(shè)定采用系統(tǒng)默認值，單擊OK即可；圖5.15“模態(tài)分析選項設(shè)置”對話框(5)選擇MainMenu/Solution/Solve/CurrentLS/Ok/Close；5、查看結(jié)果及分析(1)選擇MainMenu/GeneralPostproc/ResultsSummary/將列表顯示模態(tài)計算結(jié)果對話框，如圖5.16所示；圖5.16模態(tài)計算結(jié)果（7）選擇MainMenu/GeneralPostproc/ReadResults/FirstSet；（8）選擇MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/DeformedShape/獲得第1階模態(tài)振型結(jié)果，如圖5.17所示；（9）選擇MainMenu/GeneralPostproc/ReadResults/NextSet；（10）選擇MainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/DeformedShape/獲得第2階模態(tài)振型結(jié)果，如圖5.18所示；（11）重復（5.16）和（5.17）可分別獲得第3、4、5、6階模態(tài)振型結(jié)果，如圖5.19、5.20、5.21、5.22所示。圖5.17一階模態(tài)振型圖5.18二階模態(tài)振型圖5.19三階模態(tài)振型圖5.20四階模態(tài)振型圖5.21五階模態(tài)振型圖5.22六階模態(tài)振型（12）模態(tài)分析結(jié)果：固有頻率為0.34062e-1Hz的一階模態(tài)底環(huán)前部小頭沿Z方向變形，最大振動變形值為0.06085mm；固有頻率為0.35786e-1Hz的二階模態(tài)沿Z方向變形，最大振動變形值為為0.10069mm；固有頻率為0.54735e-1Hz的三階模態(tài)沿Y方向變形，最大振動變形值為0.10370mm；固有頻率為0.66413e-1Hz的四階模態(tài)沿Z方向變形，其最大振動變形值為0.10371mm；固有頻率為0.70764e-1Hz的五階模態(tài)沿Z方向扭曲變形，最大振動變形值為0.11929mm；固有頻率為0.78886e-1Hz的六階模態(tài)沿Y方向變形，最大振動變形值為0.16549mm。根據(jù)文獻所知，節(jié)能車發(fā)動機固有頻率范圍為11.7-66.7Hz與車架固有頻率相差較遠，故不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，且此模態(tài)分析結(jié)果可為將來車架的動態(tài)性能分析提供重要的理論基礎(chǔ)。5.5本章小結(jié) 本章節(jié)主要通過ANSYS軟件對三維建模進行靜力學分析與模態(tài)分析，并論述UG與ANSYS兩款軟件之間的接口連接問題，提出兩種連接方式，并選擇較為適用的一種方法進行連接，從而進行分析。對ANSYS軟件進行了簡單介紹。

結(jié)論本設(shè)計基于UG與ANSYS的大學生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，車架為航架結(jié)構(gòu)，車架起到支撐及承載作用，由底環(huán)與上環(huán)相結(jié)合分散受力起到穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的作用。針對車架進行輕量化設(shè)計，前期收集相關(guān)資料，分析歷屆節(jié)能車相關(guān)資料的準備工作。以原有車架為基礎(chǔ)進行實際測量，進行初步分析。手繪車架輪廓草圖，建立力學模型及參數(shù)化建模，確定車架基本結(jié)構(gòu)及尺寸。根據(jù)分析成果對車架主體及配件進行三維建模。在建模軟件中將設(shè)計車架與原車架進行結(jié)構(gòu)對比。建模完成針對三維建模軟件UG與分析軟件ANSYS進行接口建立，采用多種選擇建立，確定穩(wěn)定性最佳的軟件接口進行連接。將建模導入分析軟件中進行模型分析，通過三維建模軟件、力學建模及參數(shù)化建模、分析軟件進行輕量化優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計中取得的階段性成果如下：（1）通過收集資料分析，明確節(jié)能車的設(shè)計理念、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計結(jié)構(gòu)、參賽規(guī)則，設(shè)計要求等。（2）學習UG軟件，設(shè)計車架與原車架三維建模，通過UG軟件分析進行質(zhì)量、抗彎、抗扭強度對比分析。（3）運用力學建模及參數(shù)化建模通過數(shù)理結(jié)構(gòu)對車架輕量化進行分析。（4）設(shè)置軟件接口連接將UG與ANSYS進行連接為導入三維建模做準備。（5）將建模導入ANSYS分析軟件進行靜力學分析及模態(tài)分析。得出軟件處理結(jié)果與原車質(zhì)量及理論計算相對比，驗證輕量化結(jié)果。本次畢業(yè)設(shè)計對節(jié)能車進行輕量化優(yōu)化設(shè)計，在構(gòu)建材料上選擇較為普遍的鋁合金為今本構(gòu)建材料，在結(jié)構(gòu)上采用低環(huán)與上環(huán)相結(jié)合的受力結(jié)構(gòu)方式，發(fā)動機中置后驅(qū)，縮短傳動距離，減少不必要的材料，減輕質(zhì)量。運用較為先進的UG軟件三維建模，ANSYS進行后續(xù)處理分析。在本設(shè)計中仍有許多不足的地方，如在車架整體尺寸上可在進行細化，在布置上可進行改進，在構(gòu)建材料上可選擇更為輕質(zhì)，強度更佳的如鎂合金等，進行從優(yōu)選擇。

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致謝在本設(shè)計完成之際，首先向我最尊敬的導師崔宏耀老師致以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。幾個月以來，他不遺余力地對我的設(shè)計進行了指導。在我畢業(yè)設(shè)計這段時間，無論是在學習還是在生活上，恩師都給予了我無微不至的關(guān)懷。崔老師平易近人，學識淵博，治學嚴謹，處理問題認真求實的作風一直影響著我，他必是我一生的楷模，對我的幫助和教導我將謹記一生！再過一個月我們就要離開這個學習、生活了四年的校園了，同時自已也將告別學生時代。畢業(yè)設(shè)計可以說是我最后一次向老師們學習的機會了，也正是因為老師的教導，設(shè)計才得以完成。畢業(yè)設(shè)計雖已完成了，但由于知識水平的局限，實際經(jīng)驗缺乏，設(shè)計還存在許多不足，有很多地方需要改進。對于這些不足，我會在今后的工作、生活中努力去改正，并利用所學到的知識，為社會作更多的貢獻，成為一個對社會有用的人。此外還要感謝那些給予過我關(guān)心、幫助的老師和同學，正是有了大家的關(guān)懷、鼓力和自身的努力，此設(shè)計才得以順利完成。最后預(yù)祝黑龍江工程學院發(fā)展越來越好，祝汽車與交通工程學院桃李滿天下！

附錄A關(guān)于軟件接口連接UG為三位建模軟件，有較為完善的分析功能，在獨立建模是可進行質(zhì)量，面積，體積，強度等多方面計算，可自行編程進行導入式分析。UG軟件近幾年在國內(nèi)開始運用，仍存在許多不足，在本次畢業(yè)設(shè)計中所體現(xiàn)的主要問題在于軟件的不完全兼容，UG建模軟件與ANSYS分析軟件存在結(jié)構(gòu)稍復雜模型不可執(zhí)行布爾操作及分析，主要原因通過解讀導入程序得知，在ANSYS分析軟件中對UG實體建模程序轉(zhuǎn)換不完全，所導致建模文件丟失性較大。存在軟件版本配合問題，同為高版本軟件時導入文件出現(xiàn)丟失情況較小。如UG7.5與ANSYS12.0之間導入文件時僅丟失少部分文件，同平面建模相對導入性較好。適于結(jié)構(gòu)簡單模型進行運用。模態(tài)實驗應(yīng)考慮的問題實驗?zāi)B(tài)分析就是以控制理論為基礎(chǔ)，從所測得的輸入、輸出信息中去辨識結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。近幾年來，實驗?zāi)B(tài)技術(shù)發(fā)展很快，各種測試手段日益更新，模態(tài)參數(shù)識別軟件也層出不窮，這為我們獲得結(jié)構(gòu)的較為準確的模態(tài)參數(shù)帶來極大方便。

（1）激振方法

激振方法的選擇包括兩方面內(nèi)容：采用什么樣的激振信號；采用單點激振還是多點激振。問題的中心在于是否能夠提供足夠的能量，把需要的頻段中的模態(tài)全部激發(fā)出來。激勵信號可采用隨機信號、脈沖信號等。隨機信號可用白噪聲發(fā)生器產(chǎn)生，試驗中選用了0-160Hz白噪聲信號，其優(yōu)點是，能量均勻分布在頻帶上，且在較寬頻率范圍內(nèi)對結(jié)構(gòu)進行激勵，總的激振力水平，便如平均值、均方值等是可以控制的；其缺點是泄漏誤差大。用錘擊法提供脈沖信號，該方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，不需要精心設(shè)計安裝激振器的夾具，便于現(xiàn)場測試或在線測試；激振點可以靈活，敲擊力方向可以任意；測試精度能滿足一定要求，高于隨機激勵。缺點是激振力頻率范圍不易控制；僅適合于低頻，高頻模態(tài)不易激出來；由于振動能量分散，從而信噪比??；錘擊有時可能過載，使結(jié)構(gòu)進入非線性范圍。固定的激振點是經(jīng)過多點試敲后選定的。模態(tài)分析的頻域法有兩種：單點激振法和多點激振法。多點激振法需要昂貴的多點激振設(shè)備，試驗過程復雜，但計算比較簡單；單點激振法所需設(shè)備簡單，試驗也較容易，但計算方法要復雜上些。在本次實驗中根據(jù)現(xiàn)有條件，采用單點激振法。

（2）固定方式

在進行部件模態(tài)實驗分析時，首先要確定被測物體的固定方式。固定方式一般有兩種：一種是按照其實際工作狀的方式約束，這種固定方式主要是用于較波折部件或在振動臺上進行試驗；二是懸吊式。由于本次實驗對象是車架，不可能選擇實際工作狀態(tài)方式，故采用橡皮繩懸吊式，使其處于自由狀態(tài)下進行分析。結(jié)構(gòu)處于自由狀態(tài)具有最多的自由度，這樣得到的模態(tài)參數(shù)便于與其他部件一起進行整體結(jié)構(gòu)的綜合模態(tài)分析。具體懸吊方江是：車架左右縱梁前后端各用一根橡皮繩將整個車架吊掛在大型吊架上，即為四點懸吊式。經(jīng)實測，車架掛上后，系統(tǒng)的固有頻率（所謂的“剛體模態(tài)頻率”）中的最高者為0.816Hz，小于第一階彈性模態(tài)頻率（FI=20.67Hz）的1/5，可近似認為被吊的車架處于自由狀態(tài)，這樣可以防止懸掛的剛體模戊與車架的彈性模態(tài)發(fā)生耦合。

（3）激勵方式

采用電磁式激振器，最大激振力為200N。激振器的推桿頂端連接一個力傳感器，力傳感器固定在車架后橫梁右下部。為了保證測試精度，不能讓被測物體有附加約束而產(chǎn)生其它外力，例如，對結(jié)構(gòu)激振時，除了產(chǎn)生垂直振動外，還將產(chǎn)生回轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)角），這時如果因為有激振器連接限制其轉(zhuǎn)動，就會產(chǎn)生附加的彎矩。為了解決這一問題，激振器和被測物體之間的推桿需要有一定的側(cè)向彈性，這樣既能保證在激振方向有一定的剛度，不影響激振力的傳遞，雙能減少在側(cè)向?qū)剞D(zhuǎn)的約束。另外，推力桿的自振頻率應(yīng)遠離被測物體的模態(tài)頻率。在試驗中要求頂桿與車架之間不能脫離，頂桿與力傳感器間不能有任何松動和間隙。此次試驗采用頂桿與力傳感器間通過螺紋連接。為防止頂桿與車架脫離，將力傳感器固定在一個小底座上，該底座用螺紋與一磁鐵相聯(lián)，同時將磁鐵塊吸附在車架上。還應(yīng)注意激振點不應(yīng)與測試頻段內(nèi)任何一階振型的節(jié)點相重合。因此在進行正式試驗以前應(yīng)先進行預(yù)測。?

（4）試驗頻段的選擇

試驗頻段的選擇應(yīng)考慮到汽車在運行條件下可能的激振頻率范圍，通常認為，遠離振源頻帶的模態(tài)對結(jié)構(gòu)的實際振動影響（貢獻量）較小。通俗的說法就是“低頻激勵激不出高頻模態(tài)”。事實上，高頻模態(tài)貢獻的大小，除與激振頻率有關(guān)外，還與激振力的分布狀況有關(guān)。此外，如果部件進行綜合分析，以求整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)，為使整體模態(tài)具有更高的精確度，部件模態(tài)試驗的頻段也應(yīng)適當放寬，以求得稍多的模態(tài)?？傊的昴B(tài)過少，而各部件之間的連接點較少時，就不便于對整車進行綜合分析。

考慮到汽車的運行速度與路面條件以及車架與其他部件進行綜合分析的需要，選取0-120Hz作為其試驗頻段。

（5）測點布置

測點布置原則是：布置在懸架支點，縱、橫梁連接點和剛度變化較顯著的點上；盡可能使車架縱梁布點均勻，左右對稱布置。這樣，既便于今后的模態(tài)綜合，又不致使識別的模態(tài)失真。測點布置、測點數(shù)量的選擇還應(yīng)考慮到以下兩方面的要求：能夠明確顯示在試驗頻段內(nèi)所有模態(tài)的基本特征及互相間的區(qū)別；保證所關(guān)心的結(jié)構(gòu)點（如與其它結(jié)構(gòu)的連接點），都在所選的測量點之中。為提高信噪比，測點不應(yīng)選在各階振型節(jié)點附近；在研究的主要部位，測點布置應(yīng)較為密集。用壓電式加速度傳感器測量各測點在垂直方向上的振動加速度響應(yīng)，并將信號記錄在磁帶機上（錘擊法時），或現(xiàn)場采集信號，實時處理得到頻響函數(shù)，存儲于微機硬盤（白噪聲激勵時）。

測振時加速度計安裝正確與否，對測量結(jié)果的正確性有很大的影響。安裝方式多種多樣，我們根據(jù)測試頻段及車架的構(gòu)造，采用永久磁鐵吸附法的安裝方式以求簡便