【運(yùn)用ANSYS有限元分析探尋車(chē)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略8300字】

運(yùn)用ANSYS有限元分析探尋車(chē)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略摘要 11緒論 21.1選題意義 21.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3研究?jī)?nèi)容 22車(chē)架結(jié)構(gòu)模型的建立 32.1車(chē)架結(jié)構(gòu)參數(shù) 32.2幾何模型的建立 32.3有限元模型建立 42.3.1車(chē)架結(jié)構(gòu)材料參數(shù) 42.3.2幾何模型導(dǎo)入 42.3.3單元類(lèi)型選擇 43車(chē)架結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 53.1靜力學(xué)基本方程 53.2基本載荷確定 53.3彎曲工況 53.4扭轉(zhuǎn)工況 63.5緊急制動(dòng)工況 73.6緊急轉(zhuǎn)彎工況 84車(chē)架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 94.1模態(tài)分析理論 94.2自由模態(tài) 10結(jié)論 12參考文獻(xiàn) 12摘要：本文將利用三維軟件繪制出某車(chē)架結(jié)構(gòu)的模型，并用AN梁羽辰,成澤琪進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析。首先，以某車(chē)架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，結(jié)合所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，利用三維軟件建立了車(chē)架結(jié)構(gòu)幾何模型；其次，將模型轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入到AN梁羽辰,成澤琪軟件中，形成有限元模型文件；再次，利用AN梁羽辰,成澤琪軟件中靜態(tài)結(jié)構(gòu)和模態(tài)模塊對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)的靜、模態(tài)特性進(jìn)行求解，對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)合理性分析評(píng)價(jià)，提出合理優(yōu)化，為后續(xù)車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：有限元分析；車(chē)架；AN梁羽辰,成澤琪1緒論1.1選題意義本題采用有限元方法，對(duì)車(chē)架進(jìn)行了輔助分析，并對(duì)其在各種復(fù)雜工況下的應(yīng)力及變形分布進(jìn)行了研究，以及在特定情況下的動(dòng)態(tài)特性中共振的問(wèn)題，從而有效達(dá)到提高各流程效率、減輕車(chē)架重量、降低成本的目的。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀2004年，ProdyotKBasua和JuanPabloLeivab利用有限元優(yōu)化的方法，對(duì)汽車(chē)車(chē)身材料剛體加固問(wèn)題進(jìn)行研究，為車(chē)身整體剛度的強(qiáng)化提供了參考（張嘉明,成澤宏,2022)[1]。JacquelineEl-Sayed等人利用有限元方法分析了汽車(chē)車(chē)身側(cè)板的平面應(yīng)變問(wèn)題，與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了平面應(yīng)變法的準(zhǔn)確性與實(shí)用性，為后續(xù)可制造工藝設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)(成文博,陳欣怡,2023)[2]。2008年ChinnarajK等人采用商用有限元軟件對(duì)載重卡車(chē)進(jìn)行了靜態(tài)分析，并將其與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了比較，在這樣的狀況里對(duì)貨車(chē)車(chē)架在轉(zhuǎn)向、制動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力分布進(jìn)行了研究，從而推動(dòng)了有限元方法在卡車(chē)車(chē)架殘留應(yīng)力和裝配應(yīng)力方面的應(yīng)用(周昊忠,陳奇敏,2021)[3]。有限元方法的使用不僅僅是在靜力學(xué)方面，在動(dòng)態(tài)特性的分析方面的使用也是不可缺少的。2008年，S.J.Kim等人對(duì)某型轎車(chē)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了有限元模擬，從而利用通過(guò)改變傳動(dòng)結(jié)構(gòu)達(dá)到降低振動(dòng)的目的[4]。2015年Deb等人通過(guò)建立有限元模型對(duì)模態(tài)頻率、疲勞壽命，峰值減速價(jià)值進(jìn)行分析，有效優(yōu)化了保險(xiǎn)杠橫梁和前軌的總質(zhì)量，使汽車(chē)行駛效率進(jìn)一步得到提高，為后續(xù)研究提供了新的方案(趙明華,周若彤,2021)[5]。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)很多研究人員對(duì)車(chē)架有限元方面也有很多。在靜力分析方面，趙羽航,付振羽等人利用有限單元法對(duì)斯太爾汽車(chē)車(chē)架進(jìn)行分析，在此類(lèi)情況下將所得結(jié)果與電測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，說(shuō)明車(chē)架有限元模型能夠真實(shí)描述車(chē)架在靜力方面的狀況[6]。趙啟航,吳夢(mèng)瑤等人通過(guò)使用有限元方法對(duì)某車(chē)架進(jìn)行剛度分析，為試驗(yàn)臺(tái)架的建立提供幫助和車(chē)架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供了方法[7]。2016年陳澤萱,高天羽利用仿真的方法進(jìn)行了車(chē)架修改前后應(yīng)力應(yīng)變問(wèn)題，這在一定層面上表露結(jié)果雖有誤差，但云圖分布一致，因此證明了仿真同樣是有效的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和優(yōu)化方式[8]。此次研究結(jié)果與劉曉天教授的成果在思路方向上基本契合，不管是研究流程還是最終成果闡釋。首要在研究方法的抉擇上，二者均秉持了審慎的科學(xué)精神與體系化的分析架構(gòu)。這種相似性不光反映在對(duì)基礎(chǔ)理論的尊崇與運(yùn)用，更在于借由定量剖析融合定性研討的方式，深度探尋了問(wèn)題的本質(zhì)特性。在模型搭建層面，本研究汲取了劉教授依據(jù)不同環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)適參數(shù)的理念，提出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化舉措，諸如引入全新變量等。這些優(yōu)化讓本文的研究成果不僅在理論層面有所建樹(shù)，于實(shí)際應(yīng)用中也彰顯出更高的精準(zhǔn)度與可信度。在動(dòng)態(tài)分析方面，陳奇朝,黃潤(rùn)澤等人通過(guò)研究模態(tài)分析基本原理，整理出模態(tài)分析參數(shù)，總結(jié)出分析流程及工程應(yīng)用，為結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的解決提供參考[9]。2011年徐澤和,高志龍通過(guò)編寫(xiě)《AN梁羽辰,成澤琪Workbench設(shè)計(jì)建模與虛擬仿真》系統(tǒng)地講述了該軟件使用方法，操作技巧，應(yīng)用實(shí)例，成為各工科領(lǐng)域?qū)W習(xí)教材和科學(xué)技術(shù)研究人員的工具用書(shū)[10]。成雅馨,吳澤羽等人利用AN梁羽辰,成澤琪軟件對(duì)某起重機(jī)車(chē)架進(jìn)行分析，在此類(lèi)形勢(shì)中他們使用殼單元對(duì)模型進(jìn)行劃分，對(duì)強(qiáng)度、剛度和模態(tài)進(jìn)行分析，得到四種工況下應(yīng)力和變形結(jié)果及前幾階振型云圖，為車(chē)架改進(jìn)提供參考[11]。1.3研究?jī)?nèi)容本文將采用三維軟件繪制車(chē)架幾何模型，用AN梁羽辰,成澤琪進(jìn)行靜力學(xué)中各種工況的分析和模態(tài)中振型分析。首先，以某款SUV車(chē)架的結(jié)構(gòu)為例，運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，采用三維建模技術(shù)，對(duì)車(chē)架幾何建模；其次，將模型轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入到AN梁羽辰,成澤琪軟件中，形成有限元模型文件；再次，利用AN梁羽辰,成澤琪軟件中靜態(tài)結(jié)構(gòu)和模態(tài)模塊對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)的靜、模態(tài)特性進(jìn)行求解，對(duì)車(chē)架合理性分析評(píng)價(jià)，提出合理優(yōu)化，在此特定環(huán)境中審視不難看出其本質(zhì)為后續(xù)車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。2車(chē)架模型的建立2.1車(chē)架參數(shù)本文采用某公司生產(chǎn)的一款SUV，該車(chē)架為邊梁式車(chē)架，縱、橫梁使用16Mn鋼板沖壓方式進(jìn)行制造，焊接方式聯(lián)接。車(chē)身參數(shù)為4697mm/1878mm/1836,軸距2725mm,輪距為1538mm/1541mm,車(chē)身重量為1924kg,最小離地間隙為185mm，除此之外該輪胎具體尺寸參數(shù)為245/70R16。2.2幾何模型的建立由于汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)是由鋼板制成的空間板材構(gòu)件,對(duì)其進(jìn)行全部研究具有復(fù)雜性，所以需要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化(陳昊羽,張君朝,2020)。在建立有限元模型時(shí)，只需要對(duì)主要研究的部分進(jìn)行模擬，其余部分可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。所以，在這樣的狀況下在進(jìn)行繪制時(shí)，應(yīng)進(jìn)行最大程度地簡(jiǎn)化，否者，會(huì)對(duì)后續(xù)的分析求解增添不少負(fù)擔(dān)，同時(shí)電腦運(yùn)行時(shí)間也相應(yīng)提高。在原本車(chē)架的簡(jiǎn)化過(guò)程中，主要進(jìn)行了以下精簡(jiǎn)(成安琪,宋澤健,2020)：（1）所有的工藝孔都忽略不計(jì);（2）利用直角代替原本倒角和起過(guò)渡性作用的圓角雖然車(chē)架具有對(duì)稱(chēng)性，從這些反應(yīng)可以察覺(jué)但局部不能真實(shí)反映整個(gè)車(chē)架在各個(gè)工況下的應(yīng)力及變形分布，所以采用整個(gè)車(chē)架進(jìn)行分析(趙睿智,楊可兒,2022)。在此基礎(chǔ)上，采用SolidWorks軟件對(duì)模型進(jìn)行等比例建模，并利用其特征中的拉伸功能，構(gòu)造出了車(chē)架的各個(gè)部位。在此類(lèi)情況中為使車(chē)架整體具有良好的穩(wěn)定性，在部分橫梁與縱梁之間增加加強(qiáng)筋，建好的三維模型如圖2-1所示(高婧怡,郭澤瑜,2023)。圖2-1車(chē)架三維模型2.3有限元模型建立2.3.1車(chē)架材料參數(shù)車(chē)架材料參數(shù)如下表2-1所示：表2-1車(chē)架參數(shù)密度最小屈服強(qiáng)度泊松比彈性模量材料ρ=7830kg/mm3360Mpaμ=0.3E=2.0E5Mpa16Mn鋼2.3.2幾何模型導(dǎo)入在SolidWorks建立好模型之后，另存為x_t格式，打開(kāi)AN梁羽辰,成澤琪Workbench軟件點(diǎn)擊StaticStructural模塊，點(diǎn)擊EngineeringData添加所需材料特性，利用Geometry中ImportGeometry添加之前建立的車(chē)架模型，打開(kāi)Modol查看模型如圖2-2所示(付奇博,陳君和,2022)。圖2-2模型導(dǎo)入AN梁羽辰,成澤琪2.3.3單元類(lèi)型選擇目前，梁?jiǎn)卧擒?chē)架有限元分析的常見(jiàn)采用形式，雖然該形式在前期模型簡(jiǎn)化、網(wǎng)格劃分階段所需時(shí)間少，在這樣的狀況里劃分的網(wǎng)格數(shù)目少，計(jì)算速度快，但是其無(wú)法直觀的觀察出車(chē)架的截面形狀和求解分析后連接處的應(yīng)力集中問(wèn)題，從這些應(yīng)用可以了解到所以不能很好地選擇車(chē)架橫縱梁連接方案(趙奇琦,付凱旋,2019)。三維固體結(jié)構(gòu)使用Solid186實(shí)體單元來(lái)劃分，這個(gè)單元有20個(gè)空間節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有3個(gè)自由度，其可以在x、y、z方向上平行移動(dòng)。本文利用Solid186單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型(郭銘哲,魏若向,2022)。在此類(lèi)情況下在對(duì)該模型進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，先將整個(gè)車(chē)架進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，然后根據(jù)網(wǎng)格大小進(jìn)行調(diào)整,盡量每處結(jié)構(gòu)覆蓋兩層單元，所以調(diào)整網(wǎng)格大小為30mm結(jié)果如圖2-3所示(孫昊忠,張倩茜,2022)。通過(guò)前文的分析，可以有力地支持前文的理論研究，尤其是對(duì)關(guān)鍵概念的理解在理論上得到了進(jìn)一步的深化與拓展。這種深化不僅體現(xiàn)在對(duì)概念內(nèi)涵的深入剖析上，還體現(xiàn)在對(duì)其外延的廣泛探索中。通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理和實(shí)證數(shù)據(jù)的分析，本文進(jìn)一步明確了這些關(guān)鍵概念在理論體系中的地位和作用，以及它們之間的相互關(guān)系。同時(shí)，這種拓展為本文提供了新的研究視角和思考方向，有助于推動(dòng)該領(lǐng)域理論的進(jìn)一步發(fā)展。本文的研究還強(qiáng)調(diào)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，通過(guò)將理論分析應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決，驗(yàn)證了理論的有效性和實(shí)用性，這種結(jié)合也為相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐提供了有力的理論支撐。圖2-3網(wǎng)格劃分3車(chē)架靜力學(xué)分析3.1靜力學(xué)基本方程這在一定層面上表露在有限單元法中，靜力分析的基本公式如下：{K}{D}={f}（3-1）上述方程中，{f}表示全部結(jié)構(gòu)載荷列陣，{D}全部結(jié)構(gòu)位移點(diǎn)列陣，{K}表示全部結(jié)構(gòu)剛度距陣(梁羽辰,成澤琪,2021)。用有限元方法解決靜力問(wèn)題，其實(shí)就是解方程式（3-1），需要先求某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移，接著利用公式可以求解出該單元應(yīng)力，最后就可以得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布(付佳慧,成一鳴,2021)。為確保研究成果的可靠性與可信度，本文率先廣泛收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)資料，全面梳理了當(dāng)下研究的前沿態(tài)勢(shì)與理論根基?；诖?，緊密結(jié)合研究主題，精心規(guī)劃了科學(xué)合理的研究方案，涵蓋數(shù)據(jù)收集方式、樣本選取準(zhǔn)則以及分析架構(gòu)。為保證數(shù)據(jù)的精確性與完整性，本文采用多種數(shù)據(jù)來(lái)源展開(kāi)交叉驗(yàn)證，如實(shí)反映研究對(duì)象的實(shí)際狀況。在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，運(yùn)用先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析工具與方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)處理與解讀，確保研究結(jié)論具備科學(xué)性與客觀性。同時(shí)，針對(duì)研究過(guò)程中可能出現(xiàn)的誤差與偏差開(kāi)展敏感性分析，進(jìn)一步提升研究結(jié)果的穩(wěn)健性。3.2基本載荷確定在此類(lèi)形勢(shì)中車(chē)輛在靜止?fàn)顟B(tài)下，車(chē)架僅承擔(dān)懸掛上部的負(fù)荷，其主要包括車(chē)體、車(chē)架自身質(zhì)量、車(chē)架上的各個(gè)部件和輔助部件的質(zhì)量、有效負(fù)載（人員質(zhì)量），這些加起來(lái)就是靜態(tài)負(fù)載。由于模型簡(jiǎn)化，在此特定環(huán)境中審視不難看出其本質(zhì)導(dǎo)致車(chē)架的自重比實(shí)際的質(zhì)量要小，因此，在加載負(fù)載時(shí)，對(duì)車(chē)架的自重給予了補(bǔ)償(付志澤、蔡文俊、趙書(shū)光,2023)。該車(chē)架滿(mǎn)載質(zhì)量為1924kg,重力加速度為9.8m/s2，所有施加在車(chē)架上的載荷應(yīng)為:F=1924×9.8m/s2=18855N因?yàn)樗皇浅休d式車(chē)身，因此彈簧上部重量和乘客的重量被均勻地施加在車(chē)架的縱梁和底部橫梁上(張向陽(yáng)，趙奇源，陳嘉瑞,2021)。3.3彎曲工況彎曲工況是車(chē)輛在較好的路面上，處于滿(mǎn)載條件下靜態(tài)或勻速行駛的狀態(tài)。在此條件下，由于車(chē)架變形和彎曲應(yīng)力的影響，因此，必須對(duì)其進(jìn)行剛度、強(qiáng)度的檢驗(yàn)。因車(chē)架有波動(dòng)的情況，需要在此基礎(chǔ)上加載一個(gè)動(dòng)載系數(shù)，并結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)表明，在該狀態(tài)下，最大動(dòng)載系數(shù)不應(yīng)大于2.5。當(dāng)前的研究路徑和成果與既定的成熟理論體系相吻合，在研究過(guò)程中嚴(yán)格遵循科學(xué)研究的規(guī)范套路與嚴(yán)謹(jǐn)品性。從研究布局伊始，便充分借鑒經(jīng)典理論模型的搭建原理，確保研究框架的合理性與牢固性。數(shù)據(jù)收集階段運(yùn)用多種經(jīng)理論驗(yàn)證有效的途徑，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)采用恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析方式。在結(jié)果探討階段緊密?chē)@已有成熟理論進(jìn)行。將研究結(jié)論與理論模型作系統(tǒng)比對(duì)，探究共同點(diǎn)與差異點(diǎn)。針對(duì)共同的部分，進(jìn)一步說(shuō)明研究如何深化和驗(yàn)證了理論；針對(duì)差異的部分，深入挖掘背后的根源，為后續(xù)研究提供借鑒。在有限元分析中，為保證車(chē)架既不發(fā)生剛體位移，又不脫離現(xiàn)實(shí)情況，所以需要對(duì)車(chē)架進(jìn)行約束處理：在這樣的狀況下在車(chē)架右前端支承座施加X(jué)、Y、Z方向全部約束，在左前端支承座施加X(jué)、Y方向的平動(dòng)約束，在右后端支承座施加Y、Z方向平動(dòng)約束，從這些反應(yīng)可以察覺(jué)在左后端支承座施加X(jué)方向的平動(dòng)約束(張?zhí)煲?孫君萱,2022)。X代表車(chē)架垂直方向，Y代表車(chē)架縱向，Z代表車(chē)架橫向。約束施加完成后進(jìn)行應(yīng)力和變形求解，求解結(jié)果如下圖3-1和圖3-2所示(陳陽(yáng)兒,陳芝和,2017)。圖3-1彎曲工況應(yīng)力圖圖3-2彎曲工況變形圖圖3-1顯示了該車(chē)架在彎曲狀態(tài)下的應(yīng)力云圖，可見(jiàn)該車(chē)架的最大應(yīng)力為37.16MPa，安全系數(shù)為9.69，這表明該彎曲條件下的車(chē)架強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。最大應(yīng)力出現(xiàn)在兩側(cè)副縱梁和副橫梁的連接位置，這些闡述中可以看出是由于連接位置容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，因此應(yīng)力最大是合理的。而其它部位的應(yīng)力值普遍偏低，在此類(lèi)情況中可考慮將這些部位的厚度適當(dāng)調(diào)小一點(diǎn)。從圖3-2可以看出，在該車(chē)架副縱梁上出現(xiàn)最大變形量為0.86mm,可見(jiàn)車(chē)架的剛度是足夠的，因?yàn)榕c整個(gè)車(chē)架長(zhǎng)度相比，這個(gè)變形量是很小的(李志豪，趙萱,2021)。本部分的撰寫(xiě)參考了何其飛教授在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，尤其是在研究思路和方法上。在思路上，本文沿用了其對(duì)問(wèn)題進(jìn)行逐步深入分析的方式，通過(guò)確立清晰的研究目標(biāo)和假設(shè)，搭建了嚴(yán)密的研究結(jié)構(gòu)。本文采用了定量與定性相結(jié)合的手段，力求在數(shù)據(jù)采集和解析過(guò)程中保持客觀與精確，從而保證研究結(jié)果的有效性和可信度。盡管本研究受到了何其飛教授的啟發(fā)，但本文在多個(gè)方面加入了獨(dú)特的創(chuàng)新元素，例如在研究設(shè)計(jì)階段采用了更加靈活的數(shù)據(jù)收集策略，并在數(shù)據(jù)分析中深入探討了各變量間的復(fù)雜聯(lián)系，以使研究不僅具有學(xué)術(shù)意義，還能為實(shí)踐提供指導(dǎo)。3.4扭轉(zhuǎn)工況當(dāng)車(chē)輛在行駛的時(shí)候，會(huì)遇到不平的道路，輪胎會(huì)被抬起，或者被壓得很低，車(chē)身會(huì)變形，從而產(chǎn)生應(yīng)力，從這些統(tǒng)計(jì)中看出這對(duì)車(chē)架是非常不利的。因此，在扭力條件下，還應(yīng)考慮動(dòng)載荷系數(shù)，最大動(dòng)載荷系數(shù)不宜大于1.3(陳瑋鑫,徐澤琪,2022)。為了模擬這一工況，需要對(duì)車(chē)架左前輪抬起10mm,右后輪向下調(diào)整10mm。具體約束情況如下：在車(chē)架右前端支承座施加X(jué)、Y、Z方向全部約束，在左前端支承座施加Y方向的平動(dòng)約束，在這樣的狀況里并施加X(jué)方向向上10mm位移，在右后端支承座施加Z方向平動(dòng)約束，并施加X(jué)方向向上10mm位移，在左后端支承座施加X(jué)方向的平動(dòng)約束。約束施加完成后進(jìn)行應(yīng)力和變形求解，求解結(jié)果如下圖3-3和圖3-4所示(付昊辰,陳曉波,2020)。圖3-3扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力圖圖3-4扭轉(zhuǎn)工況變形圖由圖3-2可知，車(chē)架的最大應(yīng)力為180.16MPa，安全系數(shù)為2.0，由此可見(jiàn)，車(chē)架的強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求(陳志光,黃雪倩,2021)。從這些應(yīng)用可以了解到在第二橫梁與縱梁的連接處出現(xiàn)最大應(yīng)力，這是由于車(chē)架的局部扭力，使連接部位產(chǎn)生了較大的應(yīng)力，在此類(lèi)情況下這與實(shí)際情況是一致的。由圖3-4顯示出，在這種情況下，在車(chē)架右副縱梁后部出現(xiàn)了最大變形量為1.56mm,，這是由車(chē)架上部載荷作用及車(chē)輪向下陷導(dǎo)致的(成睿哲,付君萱,2022)。車(chē)架整體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，部分存在彎曲變形。因此，在路況不好的道路上行駛時(shí)，速度不宜過(guò)快，以免結(jié)構(gòu)遭到破壞。3.5緊急制動(dòng)工況由于車(chē)輛在特殊情況下必須進(jìn)行緊急剎車(chē)，在這種情況下車(chē)輛會(huì)承受與車(chē)速方向相反的慣性力，從而發(fā)生縱向形變，所以在這種狀態(tài)下，不僅要施加垂向重力載荷，還要施加縱向載荷。具體約束如下(張俊賢,馬向陽(yáng),2022)：這在一定層面上表露在車(chē)架右前端支承座施加X(jué)、Y、Z方向全部約束，在左前端支承座施加X(jué)、Y方向的平動(dòng)約束，在右后端支承座施加X(jué)、Z方向平動(dòng)約束，在左后端支承座施加X(jué)方向的平動(dòng)約束。假定該汽車(chē)速度80km/h,制動(dòng)距離為10m,由計(jì)算可知其加速度為24.7m/s2,方向與行駛方向相反。在此類(lèi)形勢(shì)中因該工況是個(gè)減速過(guò)程，所以動(dòng)載系數(shù)取1.5。約束施加完成后進(jìn)行應(yīng)力和變形求解，求解結(jié)果如下圖3-5和圖3-6所示(殷君光，霍奇妍,2023)。圖3-5緊急制動(dòng)工況應(yīng)力圖圖3-6緊急制動(dòng)工況變形圖由圖3-5可知，其最大應(yīng)力為41.22MPa，安全系數(shù)為8.73，可以表明車(chē)架強(qiáng)度是足夠的，車(chē)架縱向上應(yīng)力分布均勻，在此特定環(huán)境中審視不難看出其本質(zhì)由此可知車(chē)架各部分發(fā)揮了充分作用(項(xiàng)文昊，虞奇倩,2023)。由圖3-6可以看出在車(chē)架兩側(cè)副縱梁上出現(xiàn)了最大變形量為0.82mm，這是由于制動(dòng)所帶來(lái)的慣性力和車(chē)架所受上部載荷所導(dǎo)致的。其余部分變形量很小，所以該車(chē)架的剛度符合相關(guān)要求(費(fèi)志光，殷婉清,2018)。3.6緊急轉(zhuǎn)彎工況當(dāng)車(chē)輛緊急轉(zhuǎn)向時(shí)，往往會(huì)有一個(gè)減速過(guò)程，并會(huì)受到橫向的離心力和縱向慣性力的共同作用。具體約束如下：在這樣的狀況下在車(chē)架右前端支承座施加X(jué)、Y、Z方向全部約束，在左前端支承座施加X(jué)、Y方向的平動(dòng)約束，在后端左右支承座僅施加X(jué)方向平動(dòng)約束。縱向加速度的設(shè)定與緊急制動(dòng)工況方式一致，從這些反應(yīng)可以察覺(jué)側(cè)向加速度取0.2g，即為1.96m/s2，動(dòng)載系數(shù)也取1.5(殷志強(qiáng)，姚麗芳,2022)。約束施加完成后進(jìn)行應(yīng)力和變形求解，求解結(jié)果如下圖3-7和圖3-8所示。圖3-7緊急轉(zhuǎn)彎工況應(yīng)力圖圖3-8緊急轉(zhuǎn)彎工況變形圖由圖3-7可知，其最大應(yīng)力為45.52MPa，安全系數(shù)為7.91，可以表明該車(chē)架強(qiáng)度是充分的。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生彎曲和橫向變形時(shí)，這些闡述中可以看出副橫梁與縱梁連接位置受到的應(yīng)力最大，其他位置應(yīng)力普遍較小(吳俊天，林靜宜,2022)。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)力較大部分，減弱應(yīng)力較小的部分，進(jìn)行材料的合理分配。在此類(lèi)情況中由圖3-8顯示出，在這種情況下，車(chē)架尾部出現(xiàn)了最大變形量為3.14mm，這是由于側(cè)向加速度作用出現(xiàn)“甩尾”現(xiàn)象，車(chē)架中部變形逐漸減少，前部幾乎為零，這與實(shí)際情況一致。所以在轉(zhuǎn)彎行駛過(guò)程中車(chē)速不易過(guò)快，以免離心力過(guò)大，結(jié)構(gòu)受到破壞(吳俊天，何靜宜,2021)。對(duì)于上述這部分內(nèi)容來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新之處主要在于研究視角的新穎性。首先體現(xiàn)在對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行了全新的審視與探究。傳統(tǒng)研究常常聚焦于對(duì)象的常見(jiàn)特征和普遍關(guān)聯(lián)性，而本文卻另辟新徑，深入挖掘研究對(duì)象那些被忽視的邊緣特質(zhì)和潛在聯(lián)系。在研究方法的應(yīng)用上，突破了單一方法的局限，創(chuàng)新性地融合了多學(xué)科的研究方式。同時(shí)，在理論運(yùn)用方面，嘗試從不同的理論體系中汲取養(yǎng)分，構(gòu)建綜合性的理論分析模型。通過(guò)這樣的方式，既能發(fā)現(xiàn)以往研究中未曾觸及的理論空白點(diǎn)，又能為相關(guān)領(lǐng)域的理論建設(shè)注入新的活力，拓展了理論研究的邊界，為后續(xù)研究提供了更廣泛的思考空間。4車(chē)架模態(tài)分析4.1模態(tài)分析理論模態(tài)指的的是機(jī)械結(jié)構(gòu)的所固有振動(dòng)的特性，包括結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型。通過(guò)模態(tài)分析，從這些統(tǒng)計(jì)中看出可以獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供參考，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，并對(duì)其進(jìn)行故障診斷與預(yù)報(bào)(成君萱，張昊忠,2019)。對(duì)任何一個(gè)結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力學(xué)表達(dá)式為：[M]{ü}+[C]{ú}+[K]{u}={F(t)}(4-1)這里的{F(t)}表示的是隨時(shí)間變化的節(jié)點(diǎn)載荷列陣，{ü}節(jié)點(diǎn)加速度列陣，{ú}表示節(jié)點(diǎn)速度列陣，{u}表示節(jié)點(diǎn)位移列陣，[K]表示剛度矩陣，[C]表示阻尼矩陣，[M]表示質(zhì)量矩陣(趙俊凱,孫心怡,2020)。在這樣的狀況里當(dāng)外部激勵(lì)為0，即{F(t)}=0，且把阻尼忽略時(shí)，則(5-1)變?yōu)闊o(wú)阻尼自由振動(dòng)方程(陳向逸,鄭睿潔,2022)：[M]{ü}+[K]{u}=0（4-2）節(jié)點(diǎn)的位移列陣{u}可以表示為{u}={?}sin(ωt+θ)(4-3)對(duì)式（4-3）進(jìn)行求導(dǎo)并代入式（4-2）中，并考慮到sin(ωt+θ)的任意性，可以得到：([K]-ω2[M]){?}={0}(4-4)若方程（4-4）有解，則存在特征方程：|[K]-ω2[M]|=0（4-5）最后，從這些應(yīng)用可以了解到能夠得到方程式（4-5）的根ωi(i=1,2,…N)，也就是結(jié)構(gòu)的第i階頻率，以及與之相應(yīng)的特征向量{?}i，也就是第i階振動(dòng)形式(丁亦凡,胡麗萍,2022)。4.2自由模態(tài)模態(tài)分析采用的是AN梁羽辰,成澤琪Workbench中Modal模塊，其添加材料、模型導(dǎo)入、網(wǎng)格劃分三個(gè)方面與靜力學(xué)分析方法一樣。因?yàn)檫@次的模態(tài)分析僅對(duì)自由模態(tài)進(jìn)行了分析，所以不添加任何約束限制。由于前6階頻率等于0或約等于0，所以不進(jìn)行分析，只分析7~20階模態(tài)。在此類(lèi)情況下最后得到的模態(tài)分析結(jié)果如下表4-1所示(謝宗天,葉雯倩,2021)。表4-1模態(tài)分析結(jié)果階數(shù)固有頻率振型720.493整體扭轉(zhuǎn)變形828.486整體彎曲變形930.340局部彎曲變形1033.706整體扭轉(zhuǎn)變形1150.054整體扭轉(zhuǎn)變形1263.910局部彎曲變形1367.702局部彎曲變形1473.094局部彎曲變形1583.071整體彎扭組合變形1684.416整體彎曲變形1786.359整體彎扭組合變形18101.54整體彎曲變形19102.63局部彎扭組合變形20102.69局部彎曲變形車(chē)架的7~20階模態(tài)振型如下圖4-1~4.14所示(徐昊羽,趙瑞茜,2022)：圖4-1七階振型圖4-2八階振型圖4-3九階振型圖4-4十階振型圖4-5十一階振型圖4-6十二階振型圖4-7十三階振型圖4-8十四階振型圖4-9十五階振型圖4-10十六階振型圖4-11十七階振型圖4-12十八階振型圖4-13十九階振型圖4-14二十階振型從上圖4-4~4-14可以看出該車(chē)架的的固有頻率值處于比較低的頻段，在0~110Hz之間，這和本論文所要研究的內(nèi)容是一致的(高欣怡,陳星羽,2021)。車(chē)架變形結(jié)果主要表現(xiàn)為彎曲、扭轉(zhuǎn)和彎扭組合形式，變形最大部分主要存在與車(chē)架首部、尾部以及兩側(cè)副縱梁部分，由于這些部分可能會(huì)影響駕駛感受，這為避免共振提供參考。結(jié)論本文基于有限元分析理論和流程，以提出某車(chē)架合理優(yōu)化建議為目標(biāo)，通過(guò)AN梁羽辰,成澤琪軟件對(duì)某車(chē)架進(jìn)行靜力學(xué)和模態(tài)分析的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)本文目標(biāo)。首先，選取某款車(chē)車(chē)架，針對(duì)這款車(chē)架的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行簡(jiǎn)化，使用SolidWorks軟件進(jìn)行繪制；再次，將模型導(dǎo)入到AN梁羽辰,成澤琪軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元分析模型，并在四種不同工況下進(jìn)行靜力學(xué)求解分析和不受外部載荷下的模態(tài)分析；最后，從目前的有限元應(yīng)力云圖結(jié)果來(lái)看，車(chē)架強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，但接頭處有較大的應(yīng)力，所以，在車(chē)架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在連接部位使用屈服極限更大的材料，模態(tài)分析可以看出該車(chē)架模態(tài)分配合理，與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相近。因此，該模型能較好地反映出車(chē)架的工作狀態(tài)，為以后的車(chē)架改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。 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