基于ANSYS的车路系统力学分析_梁晓琳

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基于ANSYS Workbench的牵引车后桥桥壳动态特性分析

前言
驱动桥作为汽车动力总成系统和承载系统的重要组成部分，在整车行驶过程中，桥壳始终承受复杂的交变载荷[1]。驱动桥是汽车振动噪声的主要来源之一，其振动噪声水平对评价汽车舒适性起着至关重要的作用，对驱动桥桥壳进行模态分析，判断其在使用过程中是否会发生共振，有助于识别
作者简介：保万全（1991-），男，本科，就职于一汽解放商用车开发院，主要从事汽车传动系统台架试验、试验方法分析与优化等研究。
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汽车实用技术
模型进行了简化，简化桥壳中受力小且又不容易引起形状变化的结构[2]，对焊接部位进行了模拟填充，以提高网格划分质量，在 Creo 中建立的后桥桥壳物理模型如图 1 所示。
图 1 后桥桥壳模型 1.2 桥壳有限元模型生成
后桥桥壳有限元模型是由 Creo 中建立的物理模型导入 Workbench 生成的，导入物理模型后对其进行了必要的检查和修改，主要是为了防止模型失真和再次简化模型，删除了油位孔、放油孔、通气塞、部分圆角和倒角等。在网格划分时桥壳本体、加强圈、后盖和轴头以六面体网格为主、支架以四面体网格为主，这样既能节省运算时间又能保证计算精度。后桥桥壳有限元模型如图 2 所示，其材料属性定义如表 1 所示。
式中：{θ0}为各节点振幅向量；ω 为固有频率；φ 为相位角。
当结构发生无外界激励的振动时，结构的频率方程为：（3）
利用 Workbench 中的模态分析模块对模拟实车约束下的后桥桥壳有限元模型进行求解，得到后桥桥壳的前 6 阶桥壳模态固有频率直方图如图 3 所示，前 6 阶桥壳模态振型图如图 4 所示。
Abstract: Taking the rear-axle housing of tractor vehicle as the research object, the dynamic characteristics of the rear-axle housing are analyzed. The results show that all the natural frequencies of the rear-axle housing are above 318.22Hz, much higher than the excitation frequency of the road surface, so the uneven road surface will not cause resonance of the rear-axle housing. By comparing the results of finite element analysis, theoretical calculation and road test, the meshing self-excitation of the rear-axle will cause the resonance of the rear-axle housing, so abnormal structural noise will be generated in the resonance frequency range. Keywords: The rear-axle housing; Resonance frequency; Model analysis; Harmonic response analysis; Vehicle road test CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)18-123-04

基于ANSYS的车身结构强度及刚度分析

南京工程学院本科毕业设计（论文）题目：基于ANSYS的车身结构强度及刚度分析专业：车辆工程（汽车技术）班级：汽车技术091学号：********* 学生姓名：***指导教师：陈茹雯副教授起迄日期：2013.2.25～2013.6.3设计地点：车辆工程实验中心Graduation Design (Thesis)Analysis on The Stiffness and Strength of Body Structure Based on ANSYSByZHOU WenjunSupervised byAssociate Prof. CHEN RuwenNanjing Institute of TechnologyJune, 2013摘要以有限元法为基础的车身结构分析已成为一种面向车身结构设计全过程的分析方法，车身结构设计的过程也随之成为一种设计与分析并行的过程。

车身作为车辆的重要组成部分，对整车的安全性、动力性、经济性、舒适性及操控性有着重要的影响。

在设计车身时，应用有限元法对汽车车身骨架进行静、动态特性的分析，对其结构的强度和刚度进行评价，对于进一步了解车身结构的应力和变形情况，充分认识掌握车身结构分析方法，进而对整个车身结构设计进行优化，提高整车性能，缩短产品开发周期，降低开发成本，均具有重要的意义。

本课题是采用有限元分析法对2046车身骨架结构作适当简化，在ANSYS中建立其有限元模型，并按照实际载荷对车身进行了静力学分析，校验其强度和刚度，根据分析结果找出车身骨架结构的危险断面。

同时对车身骨架进行动态分析，并提取前十阶模态，得到了车身固有频率及相应的振型。

最后根据静、动态的分析结果，对车身结构提出改进意见。

关键词：车身；有限元法；静力分析；动态分析ABSTRACTThe structure analysis of car body based on the FEM is the fundamental approach in the process of car body design-oriented.Also,the whole process of car body design becomes parallel in design and analysis.A s a very important part of the vehicle,the body has important influences on the vehicle's safety, power performance, economy, comfort and control.In the design of the body, the application of FEM for analysis of static, dynamic characteristics of the car body skeleton, and the evaluation of its structure strength and stiffness,have vital significances on the further understanding of the structure of the body stress and deformation, fully understanding the body structure analysis method, and then the whole body structure design optimization, improving vehicle performance, shorting the product development cycle, and reducing the cost of development.This paper is applying the FEM to simplify the 2046 body frame structure appropriately.Then the finite element model is established in ANSYS. And in accordance with the actual load, the static analysis of the body is finished to check the strength and stiffness.Finally,according to the risk analysis results,this thesis has found the body frame structure of the fault surface.At the same time ,the dynamic analysis of the body frame has been handled to calculate the ten orders natural frequencies for getting the body inherent frequency and the corresponding vibration model. Finally, according to the results of the static and dynamic analysis, this thesis has put forward some suggestions for improving the body structure.Keywords：Body；FEM；Static；Dynamic目录第一章绪论 (3)1.1 汽车车身结构分析的意义 (3)1.2 课题研究的内容 (3)1.3 有限元法的基础理论和ANSYS简介 (3)1.3.1 有限元法的发展 (4)1.3.2 有限元法的基础理论 (4)1.3.3 有限元法的应用 (4)1.3.4 ANSYS简介 (5)1.3.5 汽车车身结构强度及刚度的分析流程 (5)1.4 本章小结 (5)第二章汽车车身结构的有限元建模 (6)2.1 建模的准备工作 (6)2.1.1 单元的选择 (6)2.1.2 模型的简化处理 (6)2.2 有限元模型的建立 (7)2.2.1 几何模型 (7)2.2.2 材料属性、实常数的指定 (7)2.2.3 网格划分 (7)2.2.4 车身载荷的处理 (8)2.2.5 边界约束的确定 (9)2.2.6 有限元模型的生成 (9)2.3 本章小结 (9)第三章车身结构的静力学分析 (11)3.1 车身结构静态强度的分析指标 (11)3.2 车身结构静态刚度的分析指标 (12)3.3 强度分析 (12)3.3.1 载荷及约束的处理 (12)3.3.2 计算结果与分析 (13)3.4 刚度分析 (15)3.4.1 载荷及约束的处理 (15)3.4.2 计算结果与分析 (16)3.5 本章小结 (17)第四章车身结构的模态分析 (18)4.1 模态分析的基础理论 (18)4.2 车身结构的模态分析过程 (19)4.3 模态分析结果及评价 (23)4.4 本章小结 (24)第五章车身结构的改进意见 (25)第六章结论 (27)致谢 (29)参考文献 (30)附录A：英文资料 (31)附录B：英文资料翻译...............................................................................................附录C：其它资料......................................................................................................附件：毕业论文光盘资料第一章绪论1.1 汽车车身结构分析的意义汽车车身是驾驶员的工作场所，也是容纳乘客和货物的场所。

基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析

基于ANSYS 的汽车车架结构有限元分析张进国1,程晓辉2,孙敬宜3(1.哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海 264209; 2.哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;3.烟台职业学院,山东烟台 264000)摘要:利用ANSYS 软件对车架进行有限元分析,以某8t 载货汽车为例,建立了车架结构的几何模型和以体单元s oli d92为基本单元的车架有限元分析计算模型,对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算,可为车架的结构改进提供依据。

关键词:汽车车架;有限元分析;ANSYS中图分类号:U 463.32 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2006)05-0063-02F i n it e E l e m e n t Ana l y s i s f o r F ram e Ba sed on ANSYSZ HA NG J in 2guo 1,C HE NG X ia o 2hui 2,SU N J ing 2yi3(1.The School of Au t o m o b ile Engineer i ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,W e i hai 264209,Chi na ;2.The School ofM echan ical Eng i nee ri ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,H arb i n 150001,Ch i na ;3.Yan tai Vocati onal Coll ege ,Yanta i 264000,Ch i na)Abs tr a c :t The fi n ite ele m ent ana l ysi s i s appli ed to t he fra m e of a 8t truck based on ANS YS .The geo me tr i ca lmode land t he fi n ite e l em ent analysis m o de lw it h t he soli d92ele m ent are bu ilt .Based on t he mode l s ,the stress and defor ma ti on of t he fra m e are calcu lated .It m ay be appli ed for t he i m prove m ent of the fra m e .Ke ywo r ds:F ra m e ;F i n ite e l em ent analysis;ANS YS 汽车作为交通运输工具之一,发挥着非常重要的作用。

基于ANSYS的汽车车架可靠性分析研究

郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题目基于ANSYS的汽车车架可靠性分析研究学生姓名刘傲鹏专业班级机设06-5 学号200602010524院（系）机电工程学院指导教师李育文（教授）完成时间 2010 年 5 月 20 日郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目基于ANSYS的汽车车架可靠性分析研究专业机械设计制造及其自动化班级机设06-5班学号24号姓名刘傲鹏主要内容：1.测绘得到一部车架的尺寸，在此基础上使用Pro/E建模。

2.将实体模型导入ANSYS，建立车架有限元模型。

3.通过对有限元模型的动静态分析，得出该车架的可靠性参数。

基本要求：建立正确的有限元模型对车架进行典型工况的静态和动态分析，并在此基础上进行可靠性分析，得出车架的可靠性参数。

主要参考资料：1.汽车可靠性工程基础2.ANSYS10.0有限元分析自学手册3.ANSYS8.0结构分析及实例解析4.汽车现代设计制造完成期限：2010.3.1－2010.6.10指导教师签章：专业负责人签章：2010年 03月 01日基于ANSYS的汽车车架可靠性分析研究摘要本文以长春一汽轻型车厂生产的华凯牌CA5160CLXYK28L5BE3A型仓栅运输车车架为研究对象，对其进行了静力和模态分析，在此基础上研究了车架的可靠性。

车架尺寸在河南名优汽配广场测得，一些重要参数通过网络查得。

车架实体模型在Pro/E中装配，然后通过接口导入ANSYS中。

本文首先建立了以实体单元为基本单元的车架有限元模型，在此模型基础上进行弯曲和弯扭联合工况分析，得到了车架各工况下的应力分布，然后对车架进行模态分析，得到车架的各阶固有频率和固有振型，为以后的高级动应力分析做准备。

最后，根据这些计算结果，找出车架最容易破坏的地方，通过这一部分的可靠度研究来分析整个车架的可靠性。

目前人们对使用这种方法进行的车架分析已有很多研究，但是对使用这种方法进行车架分析的过程及一些注意问题研究的还很少，所以就会导致刚入门的一些工程人员使用这种方法进行分析时走很多弯路，甚至得到的结果是错误的。

基于ANSYS Workbench的某汽车转向节的有限元分析

重力系数 g /(m·s-2)
动载系数 Kd
地面附着系数 φ
侧向滑移附着系数 ϕ
制动时前轴重量转移系数 ml
884
1 464
680
758
315
10
2.5
0.8
0.6
1.5
2.2.1 越过不平路面工况
越过不平整路面工况是发生频率最高的一种，汽
前驱转向桥，同时还采用了麦弗逊式的悬架机构以及中
车在有障碍的路面上行驶时，转向节所受到的冲击载
本文选择由优质中碳合金钢 40Cr 制成的转向节作为
研究对象，各物理量如表 1 所示[6]。
基金项目：广东省普高校特色创新类项目（编号：2017KTSCX203）；广东理工学院校级项目（编号：GZKZ202005）
收稿日期：2020－10－02
·110·
黄小娣：基于 ANSYS Workbench 的某汽车转向节的有限元分析
示，通过对转向节失效件进行化学研究分析、金相检查
等，得出转向节强度失效的主要原因。就研究转向节疲
劳强度的理论方法来看，目前我国主要使用的是梁弯曲
理论中的近似计算方法，这种方法多用于传统的材料力学
领域，而以有限元法为代表的数值计算方法是发展趋势。
本文基于 ANSYS Workbench 的有限元技术，依据汽
Abstract: Steering knuckle is an important part with complex force and changeable working conditions in the automobiles. Strength analysis
must be carried out before optimization design. In order to provide more effective strength analysis basis, the finite element model of the

基于Ansys装配技术的大车行走平衡梁计算分析

图1 大平衡梁示意图1 大平衡梁实体建模1.1 Solid 45单元Solid 45称为8节点结构实体单元，可用来模拟三维实体结构。

该单元的每个节点具有3个自由度，即沿节点坐标系x、y和z方向的平动位移，单元几何模型如图2所示。

当节点O重合于节点P，节点K重合于节点L时，该单元将退化为五面体的棱柱单元。

装配技术的大车行走平衡梁计算分析 [J]. 起重运输机械，2019（5）：116-120.图2 Solid 45单元模型1.2 模型创建与装配常规载荷施加方法建模是在轴和孔的连接位置建出1/4的轴，并将轴与孔连接在一起视为一个零件。

为了尽可能真实地模拟大平衡梁的受力情形，需要分别建立大平衡梁和轴的实体模型，如图3、图4所示，然后将两者装配在一起。

装配体的建立过程如下：1）创建模型并分别保存成中间文件beam.cdb和shaft.cdb；2）新建Ansys项目，将上述两个文件一起读入，如图5所示；图3 大平衡梁模型图4 轴模型）在轴的中心线位置建立局部坐标系，然后选图5 装配前的模型图6 装配后的模型1.3 MPC多点约束连接经过上述装配操作后，轴与孔在位置上保持一致但两者没有实际的传力连接，还需要通过其他方法连接起来才能进行计算。

MPC即Multipoint Constraint点约束方程，其原理和约束方程的技术几乎一致是将不连续、自由度不协调的单元网格连接起来要连接边界上的节点完全一一对应。

在 Ansys中MPC连接技术有3种方式：1) 利用MPC184单元定义模型的刚性连接或者二力杆连接关系。

定义MPC184单元模型十分简便义杆的操作方法完全一致，但MPC单元的作用既可是（具有3个自由度连接关系）也可是刚性梁图7 轴和孔的多点约束连接2 载荷施加与约束自由度2.1 载荷施加在计算具有轴孔连接的模型时，为了简化操作流程通常会在轴孔的连接位置建出1/4的轴，并将载荷施加在轴的中心线上，如图8所示。

梁ansys分析实例讲解课件

在Model模块中选择“Material Props”选项卡
ansys软件操作流程
定义弹性模量、泊松比、密度等材料属性建立几何体
在Model模块中选择“Model”选项卡
ansys软件操作流程
• 创建梁的几何体，输入梁的截面尺寸等信息
ansys软件操作流程
网格划分在Model模块中选择“Mesh”选项卡设置网格大小、网格类型等参数
定义约束和载荷
在简支梁的两个端点上定义约束和载荷。
边界条件与载荷施加
固定约束
在简支梁的两个端点施加固定约束，以模拟简支边界条件。
均布载荷
在简支梁的跨中施加均布载荷，以模拟简支梁受到的集中力。
网格划分与求解
网格划分
对简支梁进行网格划分，可以选择合适的网格密度以提高求解精
度。
求解设置
在“Solution”菜单下进行求解设置，包括迭代次数、收敛准则
减少模型规模：减小模型的规模，降低内存需求；
如何设置ANSYS软件中的单位制？
升级硬件：增加物理内存或使用更好的计算机配置。
a型时，选择合适的单位制，如米制或英
制；
在模型树中选择模型名称，进入 Model模块，在Model模块中选择“Model”选项卡，在弹出的对话框中选择“Units”选项卡
求解设置
进行求解设置，包括迭代次数、收敛标准等。
求解过程
进行求解，得到桥梁结构的应力分布、位移分布等结果。
06
ansys软件操作流程及常见问题解答
ansys软件操作流程
建立模型启动ANSYS软件，选择Workbench模式
创建新的模型文件，命名并保存
ansys软件操作流程

基于ADAMS的载重汽车半主动悬架磁流变减振系统研究

基于ADAMS的载重汽车半主动悬架磁流变减振系统研究韩晓明;杨臻;景银萍【摘要】为改善车辆悬架系统的刚度和阻尼特性,通过分析载重汽车半主动悬架系统的运动,建立了半主动悬架磁流变减振器阻尼力设计模型,确定了磁流变阻尼器的结构参数、控制策略,应用ADAMS软件仿真分析了磁流变连续可变阻尼半主动悬架的动力学响应.仿真结果表明,磁流变阻尼器具有很好的阻尼减振效应.利用磁流变液体的表观黏度随外加磁场变化阻尼可变的特性,控制半主动悬架的刚度和阻尼规律,实现了载重汽车的自适应减振,有效改善了车辆的行驶平顺性及操纵稳定性.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P79-81)【关键词】载重汽车;半主动悬架;磁流变减振器【作者】韩晓明;杨臻;景银萍【作者单位】中北大学机电工程学院,太原 030051;中北大学机电工程学院,太原030051;中北大学机电工程学院,太原 030051【正文语种】中文【中图分类】U463.335车辆悬架主要由弹性原件、减振器和导向机构等组成，用以连接车体与车轮、传递作用在两者之间的作用力和力矩、缓和路面冲击、衰减各种动载荷引起的振动［1］，因此悬架对汽车的平顺性（乘坐舒适性）和操纵稳定性都有很大影响。

根据作用在车辆悬架中的作动力不同，可以将悬架分为被动悬架、全主动悬架和半主动悬架。

被动悬架系统性能无法随外部信号的变化而改变，悬架的刚度和阻尼参数只能进行折衷设计；全主动悬架可以实现阻尼控制，但是结构复杂且需要消耗大量的能量；悬架弹性元件刚度和减振器阻尼力之一或两者均可根据需要进行调节的悬架称为半主动悬架［2-3］，随着可调减振器的技术突破，基于磁流变阻尼器的连续可变阻尼半主动悬架日渐得到了广泛应用，利用磁场强度的变化改变磁流变液流体的黏-剪特性，进而达到改变车辆悬架的阻尼特性，是实现悬架自适应减振、改善汽车行驶平顺性及操纵稳定性的重要措施之一。

由于磁流变减振器产生的阻尼力需要随时响应外部的力信号，因此在设计半主动悬架系统时，需要考虑磁流变减振器及其控制元件的系统响应。

基于ANSYSworkbench的汽车高速轴动态分析

基于ANSYS workbench的汽车高速轴动态分析作者：刘涛来源：《科技风》2019年第07期摘要：高速轴在工作过程中惯量大，受到的载荷也存在变化，持续变化的载荷可能存在应力集中影响轴的使用寿命。

在UG中建立好轴的模型后导入ANSYS workbench定义材料属性并添加轴的约束和随时间变化的载荷，进行瞬态动力学分析得出变载荷下的应力及位移变化情况，结果表明符合轴的强度设计要求。

关键词：轴;瞬态动力学;有限元高速轴作为减速器的重要部件，其质量和动力学特性决定了减速器的性能，对汽车行驶安全有着重要影响。

[1]在汽车行驶过程中，影响高速轴在运转过程中动力学特性的因素较多，包括轴上齿轮的啮合精度和轴向定位精度等，来自发动机不断变化的输出转速和扭矩等，因此其动力学特性很难得以准确分析。

[2]本文通过三维建模软件UG对某汽车高速轴进行实体建模，然后将实体模型导入ANSYS workbench有限元分析软件进行数值仿真模拟分析，确定该轴在工作过程中的瞬态动力学响应。

1 瞬态动力学理论瞬态动力分析是在已知随时间变化载荷情况下分析结构的应力和位移等变化确定其变化载荷作用下的动态响应。

瞬态动力学还综合考虑的惯性及阻尼的影响，[3]对仿真得出的应力位移等云图加以分析总结整个时间历程上结构的总体变化规律。

适用于受冲击载荷和随时间变化载荷的结构分析。

瞬态动力学中的求解方程如下：[M]{x¨}+[C]{x·}+[K]{x}={F（t）}（1）式中：M为质量矩阵;C为阻尼矩阵;K为刚度矩阵;x¨为加速度向量;x·为速度向量;x为位移向量;Ft为变载荷向量。

[4]对任意时间t，（1）式中可认为是一系列静态方程同时考虑了惯性力Mx¨和阻尼力Cx·。

2 模型的导入及网格划分在UG中建立三维模型，导出Parasolid，文件格式为“.x_t”，导入workbench中。

基于ANSYS的某轻型车车架纵梁优化设计

第２８卷第４期
２０１３年８月
柳
州
师
专
学
报
Ｖ０ｌ＿２８Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１３
ＪｏｕｍＭｏｆＬｉｕｚｈｏｕＴｅａｃｈｅｒｓＣｏｌｌｅｇｅ
基于ＡＮＳＹＳ的某轻型车车架纵梁优化设计
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓＢａｓｅｄｏｎＦｕｚｚｙＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ
ＪＩＡＮＧＷｅｎｓｈｅｎｇ
中图分类号：ＴＧ３８６文献标识码：Ａ文章编号：１００３－７０２０（２０１３）０４－０１５２－０４
０引言
某公司开发的整体式轻型车车架，车架满载后出
现车身下沉，严重影响行车安全。针对这些问题，本
车架满载参数见表１。对车架满载弯曲变形，加载时将车架载荷乘以动载荷系数，模拟行车时的载荷
波动，所得动载荷施加在相应的节点上。结果如图
２～图５所示。
移，将前后车轮悬架处用赋予刚度的弹簧单元模拟，
为２１１ＧＰａ。
１车架结构ＡＮＳＹＳ有限元模型建立
由于本文车架结构优化设计时使用有限元软件

基于ANSYS的大学生方程式赛车车架强度与刚度分析

摘要：以钦州学院FLYERS 车队第一代方程式赛车车架为研究对象，运用CATIA 建立模型，基于ANSYS 对车架满载状态下，分别对车架弯曲、扭转、制动、转弯及起步加速工况进行强度和刚度分析，检验分析数据，满足设计要求。

保证赛车在行驶过程中结构稳定。

关键词：ANSYS ；车架；强度；刚度中图分类号：TP391.72文献标识码：A文章编号：1009－9492(2017)06－0069－05Strength and Stiffness Analysis of College Student's Formula Car FrameBased on ANSYSNI Xiao-jian 1，CUI Chuan-zhen 1,2，LIN Bin 3（1.School of Mechanical &Naval Architecture ，Ocean Engineering ，Qinzhou 535000，China ；2.Guangxi Colleges andUniversities Key Laboratory Breeding Base of Coastal Mechanical Equipment Design ，Manufacturing and Control ，Qinzhou University ，Qinzhou 535000，China ；3.Liuzhou Automotive Test Co.，Ltd.，Liuzhou545000，China ）Abstract:In this paper ，Qinzhou University FLYERS team first generation racing car as the research object ，using the CATIA model ，the ANSYS of the frame based on the load condition ，respectively analyzed the frame bending and torsion ，braking ，turning and accelerated conditions of strength and stiffness ，the test data met the design requirements.It ensured the stability of the car in the course of travel.Key words:ANSYS ；frame ；strength ；stiffness基于ANSYS 的大学生方程式赛车车架强度与刚度分析*倪小坚1，崔传真1,2，林斌3（1.钦州学院机械与船舶海洋工程学院，广西钦州535000；2.广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实验室培育基地，广西钦州535000；3.柳州汽车检测有限公司，广西柳州545000）DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2017.06.021*广西高校科学技术研究项目（编号：KY2016LX421）0引言中国大学生方程式汽车大赛(简称中国“FSC ”)是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校本科生及研究生组队参加的汽车设计与制造的比赛[1]。

基于ANSYS的动车组车轮踏面结构动力分析

ＹＵＸａ，ｉ，ＨＵｎ－ｉ，ＧＵ，Ｉａ。ＥＧＦｉＯｉｏｍｅＩＨｏｇｊｅＯＨＯＬＵｙ，ＦＮｅ。
（．ｃａｉａｇｎｅｉｇＳｈｏ，Ｓｅｙｎｇｎ１ＭｅｈｎｃｌＥｎｉｅｒｎｃｏｌｈｎａｇＬｉｏｇＵｎｉｅｓｔ，ｅｙｎ１５ＣｈｎｖｒｉｙＳｈｎａｇ１０１９，ｉａ；２．ｈｎａｇＢｌｗｅｏｋｏｐＣｐｒｔｎ，ｈｎａｇ１０６ＳｅｙｎｏｒＷｒｓＧｒｕｏｒｏａｉＳｅｙｎ１８９，Ｃｈｎｏｉａ３．ｐｒｍｅｔｏｅｈｎｃＤｅａｔｎｆＭｃａｉＥｎｇｎｅｉｇ＆Ａｕｔｍａｉｎ；ｒｈａｔｒｉｅｓｔＳｅｙｎ１０４，Ｃｈｎ）ａｌｉｅｒｎｏｔｏＮｏｔｅｓｅｎＵｎｖｒｉｙ，ｈｎａｇ１００ｉａ
随着国民经济的发展，铁路运输速度也在不断地提高，由此铁路噪声对铁路周边环境的影响也越来越
严重，而铁路轮轨噪声占铁路噪声的主要成分．文主要研究轨道高低不平顺激振在一定频域内车轮踏面本
振动问题，降低轮轨噪声提供理论基础．为
Ａｂｔａｔａｅｎａｓａｄｒｅｌｍｏｅ，ｈｉｐａｅｎｔｍｕｉａｅｅｅｔｄｕｉｇｆｉｌｍｅｔｓｒｃ：Ｂｓｄｏｔｎａｄｗｈｅｄｌｔｅｄｓｌｃｍｅｔｓｉｌｒｘｒｅｓｎｉｔｅｅｎｎｅ

基于ANSYS的车体动态参数分析

车体一阶垂向弯曲，自振频率6.462Hz
图4 车体（模型①）的一阶垂向弯曲自振频率为 6.462 Hz
图5
整体状态下转向架的点头自振频率3.354Hz 转向架（模型②）的点头自振频率为 3.354 Hz
在车体、转向架一体的整体模型（模型③）中，车体的一阶垂向弯曲自振频率为 6.117Hz，其振型图见图 6；转向架的点头自振频率为 4.172 Hz，其振型图见图 7；两者的比值为 1.47 倍。也满足有关标准中 1.4 倍的要求。分析以上的数值可见，在模型①中车体的一阶垂向弯曲自振频率比模型③的频率高。这是因为在模型①中，由于没有转向架和一系弹簧的影响，车体仅支撑在二系弹簧上，这相对于模型③缺少了一系簧，这相当于加大了支撑刚度，而车体的其他部位的结构和质量在两个模型中均没有变化，所以模型①中车体的一阶垂向弯曲自振频率比模型③的频率高。而模型③中转向架有二系弹簧及车体，这比没有二系弹簧的模型②相当于增加了约束，因而使其刚度增大，所以模型②转向架的点头自振频率比模型③的频率低。
F
为外载荷向量。
在求解结构系统的固有频率和振型时，可不予以考虑阻尼和外加的激扰载荷，也就是说在求解式（1）时，可令 C , F =0；令 y= u sin t ，其中：u，都是未知量，且 u≠0；将上述各变量代入式⑴，经微分变换后式⑴可写成：
2 M u sin t ＋ K usin t 0
4 本次对机车车体、转向架模态分析的思路和所建立的模型
总结国内现有有关对车体模态分析的经验以及对外技术合作中有关国外公司的资料，在此基础上探讨更可靠、更逼近实际情况的分析方法。
本次对机车车体、转向架模态分析的思路是：对车体和转向架分别建立了三种分析模型，下面将分别描述。 ①整备状态下的车体模型（模型①）：模型中包括车体钢结构、柴油机、主发电机、冷却设备、电气设备等主要能提供刚度和质量的结构，其他质量和刚度较小的零部件在其重心点建立质量单元，用杆、梁单元连接在车体上其安装的部位，车体支撑在二系簧上，二系簧的三向刚度按设计技术要求给出，模型图见图 1； ②整备状态下的转向架模型（模型②）：模型中包括转向架构架、电机和其他悬挂设备的质量，转向架支撑在一系簧上，一系簧的三向刚度按设计技术要求给出，模型图见图 2； ③车体、转向架一体的整体模型（模型③）：模型中包括整备状态下的车体模型、整备状态下的转向架模型、二系簧、一系簧等，按机车的整体布置关系装为一体。这样处理的思路是：从整体看机车是一个完整的振动系统，车体、转向架之间都相互提供刚度和约束，因此对机车整体进行模态分析更符合实际情况，模型图见图 3a、图 3b。

基于ANSYS的FSEC 赛车后轮毂优化设计

制动工况、转向制动工况和转向加速工况。其中，转向工况可认为该网格设置较为合理，整体网格模型如图 2 所示。
产生侧向力及因载荷转移引起载荷变化，制动、加速工况是
加速度和惯性引起载荷变化，转向制动工况和转向加速工况
是以上三者的复合工况。为提高动态项目的成绩，所制造的
FSEC 赛车需具备克服各种频繁切换高速工况的能力。赛车
向等工况，车轮承受着复杂的交变载荷，为此车轮系统需要有足够的强度应对各类恶劣的工况。赛车后轮毂承担赛车的重量，与半轴配合，连接悬架与轮胎，是车轮总成中不可或缺的部分。分析各种在动态项目中可能遇到的工况，为提升赛车性能提供依据。为了在动态测试项目获得更好的成绩，本文基于 ANSYS 的有限元分析，分析赛车后轮毂在动态项目中可能遇到的各种工况，验证轮毂的强度、变形量，并根据结果进行后轮毂的结构优化。
Optimization Design of Rear Wheel Hub of FSEC Racing Based on ANSYS*
Liang Shaozhen, Yang Lin, ChenDeshen, Li Renbin, Luo Wenxing ( GuangDongUniversity Of Technology, Guangdong Guangzhou 510006 )
1 FSEC 赛车轮毂设计思路
FSEC 大赛是大学生组建车队制造纯电动方程式赛车，并完成相应的静态和动态测试。FSEC 赛车动态项目包括直
73Leabharlann 汽车实用技术线加速、8 字绕环、高速避障、耐久及效率测试，赛车在动其余设置默认不变。生成网格质量比较均匀，网格平均畸变
态项目中遇到工况可分为以下 5 种：转向工况、加速工况、度为 0.18，在细化网格的过程中不存在应力不收敛的情况，

基于ANSYSworkbench的汽车发动机连杆力学性能分析

第36卷第2期 2014-02(下) 【107】收稿日期：2013-11-22作者简介：胡小青（1980 -），女，四川德阳人，讲师，硕士，研究方向为机械设计制造及其自动化。

基于ANSYS workbench 的汽车发动机连杆力学性能分析Mechanical properties analysis of motocar engine connecting rodbased on ANSYS Workbench胡小青HU Xiao-qing（四川工程职业技术学院，德阳 618000)摘要：以汽车发动机用连杆为研究对象，建立了发动机连杆力学性能分析简化模型。

采用Ansysworkbench软件static structure模块，利用有限元分析法对发动机连杆模型进行模拟分析，得出了发动机连杆模型总变形、等效应力以及等效弹性应变分布。

结果显示，发动机连杆模型最大变形位于发动机小头顶部，最大等效应力位于发动机连杆与大头交接顶角处，为4.09×109Pa ，最大等效弹性应变与等效应力所处位置相同为0.02。

关键词：发动机连杆；Ansys workbench；有限元法；模拟分析；力学性能中图分类号：TG213 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)02(下)-0107-02Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.02(下).300 引言汽车发动机连杆是内燃机中的一个重要的结构零件，其作用是连接活塞和曲轴，将作用在活塞上的力传递给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出做功[1]。

连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动，连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动[2,3]。

因此，连杆体除了上下运动外，还左右摆动，做复杂的平面运动[4]。

所以，连杆的受力情况也十分复杂，工作中经常受到拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用[5]。

这种复杂的载荷容易引起连杆的疲劳破坏，甚至直接关系到操作人员的安全，从而造成严重的后果[6]。

基于ANSYS Workbench的某越野车车架有限元分析

基于ANSYS Workbench的某越野车车架有限元分析任杰锶;董小瑞【摘要】针对越野车复杂的行驶条件对车架结构苛刻的要求,以越野车车架为研究对象,采用ANSYS软件建立了与某越野车车架结构充分近似的车架三维模型,并根据模态分析理论对其进行了有限元模态分析,获得了该车架的前六阶模态参数.理论值与实验值比较表明,车架能够在一定程度上避免共振现象,模型建立准确,为结构车架的动态设计提供了理论依据.同时对车架进行刚度和静强度分析,由位移、应力云图获得了车架发生应力集中区域.结果表明:第3根横梁和第4根横梁之间的连接处应力值远低于屈服极限,可以考虑梁变细或者钢板缩减壁厚,而在第2,第3根横梁与纵梁相接处应力值大于许用应力值,可以使横梁应加粗或连接处使用加厚焊.实验研究分析为车架的改进和优化提供了参考依据.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)004【总页数】8页(P428-434,457)【关键词】越野车车架;有限元分析;ANSYS软件;模态分析;刚强度分析【作者】任杰锶;董小瑞【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】U463.320 引言汽车车架是整个汽车的基础，车架性能的可靠程度直接影响到整车的工作质量和状态.对于非全承载式越野汽车，车架的要求更为严格［1-2］.哈尔滨工业大学张进国等利用ANSYS软件建立了车架结构的几何模型和以体单元solid92为基本单元的车架有限元分析计算模型，对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算，为车架的结构改进提供了依据［3］；南昌大学汪伟等以某越野车车架为例，利用Hyperworks建立以壳单元为基本单元的车架有限元分析模型，应用Optistuct求解器进行了模态分析，得到该车架自由状态下的前10阶固有频率及振型特性，为该车的结构改进提供了理论依据［4］；合肥工业大学朱昌发等利用HYPERMESH 建立某型特种越野车车架的有限元分析模型，再用ABAQUS软件对该特种越野车车架进行强度及模态分析，得出该车架的强度和振动特性，并提出了优化设计方案［5］.随着越野汽车性能和工作要求的不断提升，车架面临更大的挑战，不仅需要经常在崎岖不平的道路上行驶，而且经常出现在无路地带，这样对刚度和强度的要求就显得异常苛刻.由于在重载、高速行驶时其振动问题也非常凸出，车架的共振现象会给整车，甚至是驾驶员、乘员带来严重的影响.因此在汽车的设计初期需要同时对车架进行静力学分析和模态分析，综合分析数据，为车架的优化和改进提供参考［5-6］.本文综合采用Hyperworks和ANSYS软件，建立了与某越野车车架结构充分近似的车架三维模型，对其进行了静力学和有限元模态分析，找出其薄弱环节，给出了优化建议.1 车架结构及参数该车架主要由2根纵梁和8根横梁，以及均布的10个悬置点组成.车架结构如图1所示.图1 车架结构二维图纸 Fig.1 The 2D blueprint of off-road vehicle frame structure车架形态描述：车架前部翘起，这样拥有更多的前轮摆动空间，增加接近角.车架中部第4，5根横梁下凹，适当地降低了底盘的高度，降低了车身重心，增大了车辆在行驶中的稳定性；相比直梁车架，提高了乘坐舒适性.越野车辆行驶过程中，除在正常的路面行驶之外，更多的是在条件复杂或极端恶劣的土地、山坡、凹凸不平和通过性差的路面行驶，这是对车架抗拉伸和抗弯扭性的严峻考验.所以采用高强度的结构钢作为车架材料，采用拥有优秀抗弯扭性能的箱形断面梁作为纵梁形式，横梁材料主要采用空心圆柱体，部分为箱形断面梁.所有的横纵梁均为冲压焊接而成［7］.该越野车主要性能参数如表1所示.表1 越野车主要性能参数 Tab.1 Main performance parameters of the off-road vehicle?2 建立车架有限元模型目前合肥工业大学尹安东和龚竞等分别利用Hyperworks对越野车车架进行了多工况静强度和动强度分析，并加入了简单的模态分析，虽得出了车架性能评估［8-9］，但因模型建立依据不明确，失去了分析研究的针对性，结论适用性不大.本文依据该越野车原厂的二维图纸，将CATIA中建立好的实体模型转到iges格式导入到Hyperworks软件中，利用hypermesh的中面提取功能Midsurface提取中面，并进行模型几何清理，通过消除损坏、空缺、叠加等模型问题，尽可能得到合格的网格质量［8］.模型高度简化后，可采用高密度自由网格划分，选取网格尺寸最大为5 mm，最小为0.2 mm.在划分结束后，对部分悬置点、以及有可能产生应力、应变的关键处进行网格细化处理.南京理工大学杨海平等将Hypermesh作为前处理软件，进行了车架螺栓、铆钉和焊点连接的模拟，采用cweld单元进行焊点模拟，虽建立有限元模型发生错误概率较小，但建立时间较长，分析效率不高［10］.本文考虑到车架为不规则物体，采用混合单元类型更能够真实地反映各个关键点处的应力、应变形态.所使用的六种单元类型如表2所示.经过网格划分后得到的有限元模型如图2所示，得到1 701 310个节点以及312 429个单元.图2 车架的有限元模型 Fig.2 Finite element model of frame表2 单元类型摘要 Tab.2 Element type summary?根据车架的设计和实际使用情况，设定材料参数为：16Mn钢材料密度为7 850 kg／m3，泊松比为0.28，弹性模量E=2.1×1011 Pa，屈服极限为400 MPa ［10］.3 有限元模态分析3.1 模态分析理论有限元模态分析通常可分为自由模态分析和约束状态下的模态分析两种.车架模态分析的原理是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，然后求解出车架系统的模态频率等模态参数.根据模态振动理论，系统运动微分方程为式中：［M］，［C］，［K］分别为质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵；｛u｝为位移向量.由于是无阻尼自由振动，则可省略阻尼项，即微分方程可简化如下系统的特征方程为求解特征方程即可获得系统模态参数，包括模态频率λi=ω2i和模态振型［11-13］.3.2 模态分析结果将Hypermesh中建好的越野车车架有限元模型导入到ANSYS中，进行自由模态分析，得到车架自由模态的前20阶频率及振型.其中前6阶模态频率小于1.77 Hz，这是由于车架在自由状态下会出现6个刚体模态［8］，它们对应的固有频率几乎为零，所以实际上是以第7阶自由模态为第1阶振型.图3 车架的前6阶模态振型 Fig.3 The first six order modal shape of frame目前国内研究只停留在对车架简单的模态分析，获得前10阶固有频率，以得出车架的共振情况，未对实验值的正确性进行理论验证，故实验分析值和结论的可靠度不高［4］.文中经有限元模态分析的理论计算值与实验模态分析结果相比较，如表3所示.由表3可看出：ANSYS理论计算值与实验模态分析的结果比较一致，相对误差不大，说明实验值准确，分析模型合适，分析结果可靠，可以作为实际设计参考.表3 车架模态分析结果与理论计算结果比较 Tab.3 Comparing frame modal analysis the results with theoretical calculations?由于越野车长期工作在条件苛刻的路面上，因此路面激励是引起车架产生共振主要因素.此外发动机转速激励也是引起车架产生共振重要原因.对于车架来讲，应通过以下四点作为评价指标：①车架固有频率应避开发动机怠速时的振动频率；②车架在行驶过程中应避开发动机常工作工况下的激振频率范围；③应避开平路及条件不佳的路面对车架的激振频率范围；④车架振动频率增长变化尽量平稳，不能出现频率突变［10］.3.3 模态分析结论1）一般情况下，路面给予车架的激励应当处于1～20 Hz之间，且悬架的偏振频率大致为1～1.9 Hz，根据发动机怠速时的转速为900 r／min，计算得到车架在怠速时的振动频率为28.334～31.667 Hz之间［14-15］.模态分析结果得出的车架最低阶振动频率为18.532 Hz，一定程度上可以避免由道路载荷和车轮不平衡而引起的共振；2）车辆的非簧载质量的固有频率一般6～15 Hz之间，对于车架更重要的应该是前3阶模态.根据对该车架的分析，该车架的前3阶固有频率为18.532 Hz，22.89 Hz，24.178 Hz，均大于15 Hz，所以，车架与非簧载部件发生共振的可能性很小.4 静力学分析越野车在行驶中的载荷主要来源于弯曲工况和扭转工况.其中弯曲载荷主要是车身、车载设备等负载产生的，而扭转载荷多为车辆在受到路面给予的多方向非对称激励导致的.本文所用的越野车架主要受到这两方面的影响，因此分析时所加的载荷是一致的，通过改变约束的位置和方向而达到求解静刚度、强度的应力和应变值［10］.4.1 静强度分析该车架所受的主要静载荷如表4所示.加载方式分别为：10个悬置点集中加载，发动机动力总成按照三点悬置集中加载.表4 车架的主要静载荷 Tab.4 Main strength of frame?研究静强度所加约束根据实际情况添加：车架与左前悬架连接处约束平动自由度UZ，车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，UY，车架与左后悬架连接处与车架与右后悬架连接处分别约束平动自由度UX，UZ和平动自由的UX，UY，UZ.得到Von Mises等效应力云图如图4所示［9，16］.在ANSYS后处理中看到车架的结构强度，在弯曲工况下，车架的最大应力发生在第3根横梁和第4根横梁之间的连接处，这段梁为变截面多向纵梁，达到了66.449 MPa，而材料许用应力值为340 MPa，远远低于许用应力.则此处可以进行结构优化，减少材料使用量，可以考虑梁变细或者缩减壁厚.图4 静强度等效应力云图 Fig.4 Equivalent stress drawing of strength4.2 刚度分析4.2.1 弯曲刚度分析车架的弯曲刚度可以用车架在垂直载荷作用下产生的挠度来描述.弯曲刚度所加约束根据实际情况添加：车架与左前悬架连接处约束平动自由度UZ，车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，UY，车架与左后悬架连接处约束平动自由度UX，UZ，以及车架约束与右后悬架连接处平动自由度UX，UY，UZ.在车架第5根横梁外加600 N的力，使车架发生弯曲变形.得到Von Mises等效应力云图如图5所示［9，16］.图5 弯曲刚度等效应力云图 Fig.5 Equivalent stress drawing of bending rigidity由弯曲刚度公式得［17］式中：EI为弯曲刚度，轴距a=3 060 mm，加载力F=600 N，由ANSYS分析的挠度f=0.7 mm.将以上数值代入式（1）中，求解得出弯曲刚度EI=5.1×105 N·m2.4.2.2 扭转刚度分析车架的扭转刚度可以用车架在扭转载荷作用下产生的扭转角来描述.扭转刚度所加约束根据实际情况添加：车架与右前悬架连接处约束平动自由度UZ，约束车架与左后悬架连接处UX，UZ，车架与右后悬架连接处约束平动自由度UX，UY，UZ，并在车架左纵梁悬架与车身连接点施加1 000 N的力，使车架发生扭转情况，因此得到Von Mises等效应力云图如图6所示.扭转工况等效应力云图表明，最大应力值为449 MPa，大于许用应力出现此应力集中的位置是在第2，第3根横梁与纵梁相接处.此处横梁应加粗，与纵梁应使用加厚焊［9，16］.由扭转刚度公式得［17］式中：CT为扭转刚度，MN·m2／rad；F=1 000 N为加载的集中载荷；L=800 mm为集中力产生的力矩；h=2.7 mm为载荷作用点处的挠度；a=3 060 mm为车架的轴距.将以上数值代入公式（2）中计算得到CT=7.25×105 MN·m2／rad.图6 扭转刚度等效应力云图 Fig.6 Equivalent stress drawing of torsional rigidity由于各种车型结构上的差别，还不能够合理地给出车架弯曲和扭转工况下的刚度定论，仍然需要对车架实施实际测试，这里只能给出大致的比较参数，为车架的优化和改进提供参考.5 结论1）进行有限元模态分析，获得了无阻尼自由振动下的前6阶振动频率，以及各个振动频率对应的振型.将有限元理论计算值与实验模态分析数据相比较，结果证明能在一定程度上避免共振现象发生，数据比较一致，误差较小，所构建的车架结构模型比较准确.与未经过正确性判定的实验值数据相比分析结果更为可靠，更能够直接作为车架动态设计的参考.2）求解计算得出车架的刚度和静强度分析，分析时间少，效率相对较高.分析应力应变云图可发现，车架的最大位移量和最大应力发生位置，对应力值远远小于屈服极限位置，可以采用减薄壁厚，节省材料；对应力超于许用应力值的位置，可以进行钢板加厚等措施，改善车架缺陷.综合以上分析结果，本文为车架的改进和优化提供了参考依据.参考文献：［1］Filho RRP，Rezende JCC，Leal MF，et al.Automotive frameoptimization［C］.12th International 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基于ANSYS与MATLAB的汽车平顺性研究

基于ANSYS与MATLAB的汽车平顺性研究杨晓翔;陈丽静【摘要】ANSYS is used to statical y analyze 195/65R15 radial tires. This paper draws a law that the tire's nonlinear radial stiffness changes with the inflation pressure variation. And the kinematics simulation of vehicle suspension and the random road spectrum are made by usingmatlab/simulink. The results show that the tire inflation pressure, vehicle speed and pavement level have a greater impact on the vehicle ride comfort.%运用ANSYS对195/65R15子午线汽车轮胎进行静态分析，得出轮胎非线性径向刚度随充气内压的变化规律，并采用Matlab/Simulink建立随机路面谱，对带该轮胎的汽车悬架进行运动特性仿真，结果表明轮胎的充气压力与汽车行驶速度、路面等级对汽车的平顺性有较大的影响。

【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P113-115)【关键词】汽车;非线性动刚度;平顺性;充气压力;随机路面谱【作者】杨晓翔;陈丽静【作者单位】福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108;福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】U469;TP391.9对于任何行驶中的车辆来讲，它必然受到空气作用力和地面的作用力；而地面作用力比空气作用力的影响更为重要。

基于ANSYS Workbench的双层自行车停车架结构设计

基于ANSYS Workbench的双层自行车停车架结构设计于彩敏;李晓斌【摘要】Urban public bike is getting more and more popular with the increasingly serious environmental pollution. But parking of public bicycles has become a dififcult problem. A double bicycle racks has been designed to solve this problem, and the Nanjing Public bicycles was chose as the research object. This double bicycle racks is divided into two layers, the bicycle can be parking on the second layer through chutes and wheels.It also can be limited by the stoppers, bezels and the fences. The static stress analysis for the double bicycle racks was conducted by ANSYS Workbench. The deformation nephogram shows that the beam’s maximum deformation is 0.181 6 mm, it has 0.7%error with the calculated results, the results agree with the computations and has met the requirement of parking bicycles. The stress nephogram shows equivalent stress from 616 Pa to 6.593 MPa, it means that the double bicycle racks has met the strength requirement.%随着环境污染问题加剧，城市公共自行车越来越受到大众欢迎，但公共自行车的停放成了首要难题。