基于有限元分析的节能车车架轻量化设计

合集下载

纯电动城市客车车架有限元分析及轻量化设计

结果表明,轻量化后的车架满足各方面要求。
将处理完成的模型导入ANSYS Mechanical中进行静强度计算;导入RADIOSS中进行模态分析。分析结果表明,扭转工况是车架应力条件最差的工况,最大应力为170.04MPa;车架一阶模态频率为 5.76Hz,避开了路面激振频率,而第八阶模态频率为31.90Hz,与客车传动轴频率相近,因此提出需要优化。
纯电动城市客车车架有限元分析及轻量化设计
资源短缺、环境恶化使新能源汽车成为人们关注焦点。新能源汽车普遍采用纯电动或混合动力,特别是纯电动汽车因其零排放与理想的节能效果而备受关注。
汽车轻量化设计可以提高整车性能,达到节能减排的目的,因此对纯电动城市客车进行基于有限元分析基础上的轻量化设计,具有很好意义。针对某纯电动城市客车车架,在SolidWorks三维建模软件中建立车架三维模型,将车架模型导入ANSYS SpaceClaim 中抽取中间面,简化模型,在HyperMesh中进行几何清理、划分网格等有限元前处理。
分析结果表明,基于动态载荷的车架最大应力为196.8MPa,车架有较大的优化空间。在Optistruct中,以车架质量最小为优化目标,以某些应力条件好、变形小的梁为优化设计变量,以车架的应力、位移以及模态为响应,对车架进行多目标优化,使优化后的车架质量减轻13.53%。
对优化后的车架进行强度、刚度以及模态校核。分别校核满载弯曲、扭转、紧急制动、急转弯等四个工况,发现最大应力发生在急转弯工况,为202.00MPa,此时安全系数为1.70,最大变形为 7.65mm;观察模态分析结果,车架一阶模态频率为6.21Hz,第七阶模态频率为26.97Hz,第八阶模态频率为33.15Hz,能够避开路面ห้องสมุดไป่ตู้激振频率1~3Hz以及传动轴激励30Hz。

基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计

基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计作者：郭亚鑫来源：《农业技术与装备》 2018年第7期基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计郭亚鑫（山西农业大学，山西太谷 030800）摘要文章阐述当前汽车零件轻量化的相关研究，在汽车上采用铝合金实现轻量化效果，提出脚踏板采用铝合金代替传统材料，能够利用软件分析的方法进行校核，这种方法在汽车零部件中实现了推广运用，对于轻量化发展具有一定意义。

关键词有限元分析汽车零部件轻量化设计中图分类号TH122 文献标志码 Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2018.07.002节约能源已经成为人类社会可持续发展的重要条件，人类在新途径开辟中寻求新的发展方向和模式已成为了当前急需解决的问题。

如今汽车保有量逐年增加，在改善人民生活水平的同时，也会带来一些问题，比如交通事故，能源消耗等，并且人们对于汽车安全舒适度的要求以及环保要求逐渐提高。

1 汽车轻量化的研究方案目前汽车制造逐渐实现轻量化发展，在市场竞争中要想不被淘汰，需要实现汽车轻量化设计。

目前采用材料轻量化和CAE分析的方法，完成汽车结构优化设计。

首先从其轻量化的研究途径上，主要包括三种方法，首先结构优化，能够对设备的结构和部件结构进行改变，能够使结构厚度更具合理性，实现轻量化。

其次，能够利用高强度和密度小的轻质材料代替传统材料，实现汽车自身的轻量化，最后采用先进的制造技术，实现产品轻量化。

首先从结构优化来看，包括三个方法：传统设计方法；新型材料设计；软件分析方法。

软件分析实际上就是将要优化目标函数导入之后，通过运用计算机软件完成自动化分析，获得最优解，能够最大化满足设计需求，但是通过软件得到的结果通常会与实际情况存在一定的差异，需要人为进行后期的改进；运用新型材料实现汽车零部件的轻量化设计。

近年来，随着材料工业的发展，研发了很多新型材料，一些合金材料密度较低，强度高，能够满足原有产品的需求，同时质量相对来说比较轻，利用这些材料可以实现轻量化。

基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析

基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。

该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。

在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。

首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。

有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。

通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。

例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。

其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。

在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。

通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。

最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。

例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。

我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。

总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。

通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。

为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。

首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。

假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。

我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。

接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。

基于有限元分析的节能车车架结构优化设计

ｗｅｉｇｈｔａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｅｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｆｏｒｃｅａｎｄｄｅｆｏｍａｒｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓｏｎｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒａｍｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｓｂｙＡＮＳＹＳ，ｕｓｅＯｒｉｇｉｎｔｏｄｒａｗｔｈｅｉｒｖａｒｉａｔｉｏｎＣＵｌｖｅｓ．ｓｕｍｍａｒｉｓｅｔｈｅｕｌｒｅｓｆｏｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｄｉｆｆｅｒｅｎｅｅｓｆｏｔｗｏｓｔｕｃｒｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｓ．Ｗｅａｎａｌｙｓｅａｎｄｃｏｎｃｌｕｄｅｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｃｈｅｍｅｈａｓｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎａｎｄｌｅｓｓｄｅｆｏｍａｒｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｗｅｉｇｈｔａｎｄｗｉｔｈｉｎｔｈｅｌｌａｏｗａｂｌｅｓｔｒｅｓｓｓｃｏｐｅ．Ｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｕｌｌｙｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｕｃｒｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｉｓｈａｓｃｅｒｔａｉｎｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｓｅｄｄｅｓｉｇｎｆｏｅｎｅｒｙ— ｇｓａｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＥｎｅｒｙ— ｇｓａｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅＳｔｕｃｒｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎＡＮＳＹＳＳｔｒｅｓｓＤｅｆｏｍａｒｔｉｏｎ

基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究

基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究随着汽车工业的不断发展，轻量化车身设计越来越受到关注。

轻量化车身设计可以降低汽车质量和能耗，同时提高车辆的安全性能和驾驶舒适性。

为了满足日益增长的市场需求，汽车制造商不断探索新的轻量化技术，其中有限元分析是一种广泛应用于车身设计的技术。

有限元分析是一种数字仿真技术，可用于预测材料和结构的反应和行为。

在轻量化车身设计中，有限元分析可以用于确定材料在负载下的性能，了解应力的传递和变形情况，并优化车身结构和性能。

这种技术不仅可以减少车身重量，而且可以提高车辆的刚度和承载能力。

轻量化车身设计的关键在于选择材料。

合理选择轻量化材料不仅可以减轻车身重量，还可以提高材料强度和刚度。

常用的轻量化材料包括高强度钢、镁合金、铝合金、碳纤维和复合材料等。

针对不同的应用场景和加工成本，汽车制造商需要仔细选择材料和结构。

在有限元分析的基础上，汽车制造商可以针对不同的应用场景进行车身设计优化。

例如，在碰撞测试中，车身的吸能能力是一个非常重要的参数。

为了提高车身的吸能能力，制造商可以选择具有高强度和韧性的材料，并改变车身结构来增加吸能区域。

同时，制造商还可以使用有限元分析来优化车身的裂纹传播路径，减少碰撞后车身的损坏范围。

另一个优化点是降低车身噪音和震动。

汽车在行驶过程中会产生各种噪音和震动，这些不仅影响驾驶舒适性，还会对车身结构造成损伤。

制造商可以使用有限元分析来分析材料和结构的固有频率，选择合适的材料和结构，进而减少车身的噪音和震动。

最后，轻量化车身设计还可以提高车身耐用性和可持续性。

轻量化车身可以减少汽车质量和燃油消耗，同时减少对环境的影响。

为了提高车身的耐用性和可持续性，制造商可以选择具有高耐腐蚀性的材料，并在车身结构上使用高效的防护措施。

总之，基于有限元分析的轻量化车身设计优化是一种有效的技术。

使用这种技术，制造商可以在不牺牲车身性能和安全性能的前提下，实现车身轻量化和优化设计。

基于ANSYSWorkbench车架的有限元分析和轻量化研究

基于ANSYS Workbench车架的有限元分析和轻量化研究作者：赵艳梅郑艳萍来源：《科技风》2018年第34期摘要：本文基于ANSYS Workbench仿真平台，以云南红塔金麒麟、玉麒麟系列卡车车架为研究对象，实现对车架的静力学分析和轻量化研究，为车架的设计和优化提供参考。

关键词：有限元建模；静力学分析；轻量化设计随着社会对节能减排的要求越来越高，汽车的轻量化已成为汽车领域的重要发展方向之一，而车架是汽车的重要部件之一，约占据着汽车重量的1/10，因此车架便成为汽车轻量化的首要目标。

1 车架的有限元建模有限元建模是有限元分析过程中的第一个重要步骤，本文采用 ansys Workbench 15.0版本，对云南红塔金麒麟、玉麒麟系列卡车车架进行有限元分析。

车架采用的材料为Q345，该车架全长6924mm，轴距3500mm，前端宽835mm，后端宽745mm，由左右2根纵梁和8根横梁组成，是一个典型的边梁式结构。

基于相关建模原则和网格划分方法，依次实现了：1车架几何模型的建立-考虑到车架结构的复杂性，为了提高建模效率，本文选用建模功能强大的SolidWorks软件建立几何模型；2单元类型的选择-车架纵、横梁建立为面模型，吊耳结构建立为实体模型，悬架系统采用弹簧单元来模拟，Workbench自动识别后，分别采用SHELL181，SOLID186和COMBIN14三种单元进行模拟；3连接关系的模拟-在Workbench中，纵梁和横梁以及纵梁和吊耳均采用Bonded接触关系，而悬架系统采用弹簧单元模拟板簧；4有限元网格的划分-依据网格划分标准，并结合计算精度和成本，对车架进行了合理的网格划分。

通过这一系列过程，建立了车架的有限元模型，为后文的分析打下了良好的基础。

2 车架的静力学分析有限元法对车架进行静力学分析，可以得到车架在静态载荷下的变形和应力分布情况，并可预知车架的薄弱位置，为车架的设计和优化提供指导和参考。

基于有限元分析的汽车车架优化设计-开题报告

毕业设计（论文）开题报告
分析，可看到构件在各个载荷状况下的变形情况，可以得到刚度、强度等各种力学性能。

之后可将这些结果返回到设计过程中，修改其中不合理的参数，经过反复的优化，使得产品在设计阶段就可保证满足使用要求从而缩短设计试验周期，节省大量的试验和生产费用，它是提高汽车设计的可靠性、经济性、适用性的方法之一。

因此，为了保证其设计的精确性和缩短设计周期，基于有限元分析，研究它的静、动态力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。

二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题
设计的主要内容：
（1）研究汽车车架的组成、结构与设计；
（2）建立有限元计算模型；
（3）研究汽车车架的载荷；
（4）加载进行静、动态分析；
（5）对汽车车架的结构参数进行优化设计。

拟解决的主要问题：
ANSYS分析主要步骤：
（1）运用ANSYS进行有限元静、动态分析，重点进行强度分析。

（2）应用ANSYS的参数化语言实现汽车车架参数的优化设计。

三、技术路线（研究方法）。

纯电动城市客车底盘车架有限元分析及轻量化设计

10%；孟庆功等[5]利用ANSYS对某低地板城市客车进行有限元分析，并根据分析结果对车架进行轻量化设计，车架质量减轻22%；扶原放等[6]引入可靠性理论对汽车车架进行优化设计；Shin J. K.等[7]利用ULSAB设计理念结合拓扑优化、尺寸优化以及形貌优化等对汽车前车门内板进行结构优化，质量减轻8.72%；刘高军 [8]利用 Isight集成SolidWorks、ANSYS对某客车进行几何参数化和有限元分析，结合动态峰值力对车身骨架轻量化分析，质量减轻8.84%；张丽霞等[9]基于VB利用ANSYS对某车架进行有限元分析与优化，车架质量减轻19%；王孟等[10]根据ANSYS软件，利用ANSYS语言APDL与图形界面语言UIDL编程，开发出车架轻量化设计系统，并对某车架进行轻量化分析，减重达55%。本文利用有限元前处理软件Hypermesh及Optistruct 模块，对某12m纯电动城市客车各种工况[11]下的结构静强度进行分析，得到底盘结构在各种工况下的应力与位移云图，并根据静力计算结果进行参数化优化以达到轻量化目的。
表1 Q345材料参数材料名称 Q345 弹性模量 2.1×10 N·m
11 -2
弯曲工况是汽车有限元分析基本分析工况 [14] ，主要模拟的是客车在满载情况下匀速直线行驶时的受力情况，取动载系数2[15]。在满载情况下，客车载荷主要是车身自重、各总成质量以及车身载重等。
纯电动城市客车底盘车架有限元分析及轻量化设计
Finite element analysis and lightweight design of pure electric city bus chassis frame 任可美1，戴作强1，郑莉莉1，冷晓伟1，廖佩诗2 REN Ke-mei1, DAI Zuo-qiang1, ZHENG Li-li1, LENG Xiao-wei1, LIAO Pei-shi2

基于有限元的电动摩托车车架设计与优化

基于有限元的电动摩托车车架设计与优化随着电动车辆的快速发展，电动摩托车成为人们出行的一种新选择。

在电动摩托车的设计与制造过程中，车架设计是重要的一部分。

有限元分析方法被广泛应用于车架设计与优化中。

本文将介绍基于有限元的电动摩托车车架设计与优化的方法和过程。

首先，车架设计需要考虑电动摩托车的结构强度和刚度。

通过有限元分析可以确定车架的受力情况，并为优化提供依据。

在有限元分析中，将车架模型化为有限数量的单元，计算每个单元的受力，并通过单元之间的连续性边界条件来计算整个车架的受力分布。

通过这种方法可以评估车架在不同受力情况下的强度和刚度。

其次，车架优化需要考虑多种因素，包括结构强度、刚度、重量和制造成本等。

通过有限元分析可以评估不同设计参数对车架性能的影响，从而优化车架的设计。

例如，可以通过增加材料的厚度或改变材料的类型来提高车架的强度和刚度。

另外，还可以通过优化结构形式或减少冗余部分来降低车架的重量。

通过优化车架的设计，可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，车架设计与优化还需要考虑制造的可行性和成本。

有限元分析可以评估不同设计参数对制造成本的影响，并提供优化建议。

例如，通过减少零件数量或优化材料使用可以降低制造成本。

总结起来，基于有限元的电动摩托车车架设计与优化是一个综合性的工程过程。

通过有限元分析可以评估车架的结构强度和刚度，并提供优化建议。

通过优化车架的设计可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，还需要考虑车架设计的制造可行性和成本。

这些步骤的完整执行将有助于设计出高性能、高可靠性且经济实惠的电动摩托车车架。

关于半挂车车架有限元分析与轻量化分析

关于半挂车车架有限元分析与轻量化分析摘要：文章主要从半挂车实体建模及有限元的简述出发，分别简述了车架有限元模型的建立，以及轻量化的车架结构优化，旨在与广大同行共同探讨学习。

关键词：半挂车车架；有限元分析；轻量化一、半挂车实体建模及有限元的简述1.半挂车介绍半挂车是一种道路运输车辆，由两部分构成，一部分是带有动力的车头，另一部分为承载货物的半挂。

半挂车是目前普遍应用的运输工具，按用途分为专用和普通两种。

按大梁的结构来分有平板式、阶梯式、凹梁式三种。

如下图1-1所示。

图1-1 半挂车分类板式半挂车可以最大利用空间，同时离地面较高，方便公路运输。

阶梯式半挂车货台比较低，方便货物的装卸，凹梁式半挂车具有较小的离地间隙和较低的货台。

半挂车第二部分半挂结构主要由车架、双侧保护装置、工具箱、挡泥板、轮轴、牵引装置、电路、气制动、支撑、悬架装置、备胎、车箱、后保险杠等结构组成。

2.有限元法介绍有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解，具有计算精度较高的优点，可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。

二、车架有限元模型的建立建立有限元模型是进行有限元分析的基础，也即选择单元类型、赋予材料属性、划分网格、模拟连接方式、施加边界条件的过程，其中划分网格是前处理最为重要也是最为繁琐的步骤。

1.建立车架有限元模型应遵循的原则（1）确保模型的计算效率。

网格的大小、稀疏程度，也即单元与节点的数目多少，决定着计算结果的准确性和计算效率，在进行车架有限元模型建立的过程中应权衡好计算结果的准确性与计算效率的矛盾，找到最合适的网格尺寸。

（2）确保计算结果的准确性。

建立车架三维几何模型的过程中，在不影响分析结果的前提下，已经对车架进行了一定的简化，目的就是为了能够得到准确的结果，避免造成应力集中等问题。

2.模型导入及中面抽取（1）三维几何模型的导入和修复我们将利用 Solidworks 软件建立的车架的三维几何模型导入 Hypermesh 中。

利用有限元分析优化摩托车车架设计

利用有限元分析优化摩托车车架设计摩托车是一种广泛使用的交通工具，其车架设计对于车辆性能和安全性至关重要。

在设计摩托车车架时，有限元分析是一种常用的工具，它可以对车架进行结构优化，提高其刚性和轻量化程度。

本文将通过有限元分析，探讨如何优化摩托车车架设计。

首先，需要明确的是，在摩托车车架设计中，刚性和轻量化是两个主要的优化目标。

刚性对于提升车辆的稳定性和操控性至关重要，而轻量化则可以提高车辆的燃油效率和加速性能。

因此，在设计摩托车车架时，需要在保证刚性的前提下，力求减少其重量。

有限元分析是一种基于数值计算方法的结构分析技术，在摩托车车架设计中能够有效地模拟和分析不同载荷情况下的应力分布和变形情况。

通过有限元分析，设计师能够得到车架的应力云图和变形云图，进而找到薄弱部位和应力集中区域，从而为优化设计提供依据。

在开始有限元分析之前，首先需要进行几何建模。

通过计算机辅助设计（CAD）软件，可以根据摩托车的整体尺寸和排列来创建车架的三维模型。

在建模过程中，需要考虑摩托车的整体结构和连接方式，以保证良好的刚性和稳定性。

接下来，需要定义材料特性和加载条件。

摩托车车架通常由金属材料制成，如高强度钢或铝合金。

在有限元分析中，需要输入材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等参数，以便对车架的应力和变形进行计算。

同时，还需要根据实际使用情况确定载荷类型和大小，包括行驶载荷、制动载荷和悬挂系统载荷等。

完成建模和加载条件之后，将模型导入有限元分析软件中进行计算。

有限元分析软件将模型划分成许多小元素，根据材料和载荷条件，计算每个元素的应力和变形。

然后，通过元素的连接关系和应力传递规律，计算整个车架的应力和变形情况。

通过有限元分析，可以得到车架的应力云图和变形云图。

应力云图用彩色表示不同部位的应力大小，通过对比云图，可以找到应力集中区域和薄弱部位。

变形云图则用于确定车架在各个载荷下的变形情况，从而评估其刚性和稳定性。

在了解了车架的应力和变形情况之后，可以根据实际需求进行优化设计。

基于ANSYS Workbench的某车架有限元分析及轻量化研究

基于ANSYS Workbench的某车架有限元分析及轻量化研究
车架是汽车的主要承载结构,在行驶过程中受力复杂,其强度、刚度和动态特性关乎着整车的安全性和舒适性,对整车性能的优劣有着至关重要的影响。

传统的车架设计多是基于理论和经验,过程复杂,周期长,且难于开发新型车型,这与现代汽车制造技术的要求是不匹配的。

随着国家智能制造和节能减排的提出,计算机辅助设计及轻量化设计的广泛应用,工程师在设计初期和进行试验测试之前,运用有限元技术对车架结构进行分析,了解设计的缺陷和优化的空间,对于现代车架结构的设计和优化具有重大意义。

本文以某卡车的车架结构作为研究对象,深入探讨了该车架的静、动态性能,为车架的结构参数优化设计提供参考,为车架结构轻量化设计提供依据。

本文采用ANSYS Workbench软件,建立了该车架的有限元模型,对其进行了静力学的分析,并分别在满载弯曲、满载弯扭、紧急制动、紧急转弯等4种典型工况下,得到了该车架结构的应力和变形分布,对车架的强度和刚度进行了校核,确定了该车架结构的薄弱部位和优化空间之后,对该车架结构进行了模态和随机振动分析,得到了该结构的固有频率和振型,并结合路面不平度空间功率谱密度,得到了该结构在路面随机激励下的强度和刚度状态;最后,基于静力学分析的结果,采用响应曲面优化法,以车架厚度为优化变量,以车架最大应力和最大变形为状态变量,以车架重量最轻为目标函数,建立了车架优化设计模型,最终实现了该卡车车架的轻量化和参数化设计。

整车轻量化设计与有限元分析

整车轻量化与有限元分析随着“节能环保”越来越成为了广泛关注的话题，轻量化也广泛应用到汽车领域，在提高操控性的同时还能有出色的节油表现。

汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。

有研究数字显示，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。

汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。

因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。

汽车轻量化必须在保证汽车安全性的前提下，同时满足汽车刚度、疲劳耐久性、操控稳定性和振动舒适性等要求。

这些要求，我们需要在汽车的车身和底盘的结构安全、刚度和材料选用问题上进行改进。

在这里我们需要用有限元法对整车结构进行分析，并去除、减少或者替换掉车上的多余的结构和减轻其零件，已减轻整车质量。

就拿前几天的例子来说吧，如图1，拖车钩在设计的时候并没有对其进行有限元分析，只是按照之前的设计经验设计的，也没有对其进行刚度、强度、作用力的分析，然后再后期制造出来以后，质量部门对拖车钩的强度提出质疑，要求换拖车钩，然而他们要求换拖车钩也没有什么理论依据，只是按照经验感觉，这样一来即浪费了成本，又对生产造成不便。

如果一开始就用有限元对其进行分析，一次性设计到位。

就算质量部的人质疑方案的可靠性，我们手里面有可靠的数据足以证明设计的可行性。

如图2，直接将拖车钩设计的很扎实，材料就会用的比较多，造成材料的浪费，使拖车钩的重量就比一般车的要重好多；不仅是拖车钩，在一些其它零件的支架也是如此，这样一来每几个零件重一点，到最后重量积累下来整车的重量就比预计中重了更多，然而车上如发动机等其他部件是按照预计重量选用的，实际重量比预计重量重了好多，就会出现一些新的问题。

基于有限元分析的汽车车架优化设计

摘
要
车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。通过有限元法对车架结构进行性能分析，在设计时考虑车架结构的优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。大型通用有限元软件 ANSYS 凭借其强大的分析功能和高度可靠性，在结构静力分析和动力分析以及优化设计等方面具有无可比拟的优越性。本文以 CA1040 货车车架结构为研究对象，通过对 Pro／E 和 ANSYS 软件的消化与吸收，采用实体单元，对车架结构的有限元建模、车架结构的静、动态特性分析问题进行了研究。以实体单元为基础创建了车架结构的简单的尺寸优化模型，以车架的纵梁截面尺寸为设计变量，以车架结构的总体积最小为优化目标，对车架纵梁的截面尺寸进行优化并分析了优化结果。阐述了应用 ANSYS 进行结构优化设计的基本指导思想及方法，推广到解决以板壳单元为基础的车架优化问题，根据实际需要调整优化的设计变量、状态变量以及目标函数。通过对 CA1040 型货车车架结构的有限元仿真及优化，得到了一些有益的结论，为车架的设计提供了指导作用。
关键词：车架；载荷；轻量化；有限元分析；三维建模；ANSYS
ABSTRACT
Frame is as an important assembly bearing loads of an automobile， which all kinds of 10ads will pass to ， and as a result the performance of frame structure affects whether the automobile design is successful or not ．Using finite element method to analyze automobile frame structure and to take frame structure optimization into account makes sense in improving automobile performance ， reducing the cost of design and automotive manufacture and increasing capability of market competition ． ANSYS software takes on unexampled advantages in static analysis ，dynamic analysis and optimization design etc by right of its powerful analysis function and high reliability． Through studying Pro ／ E and ANSYS software the FEA model of a CA1040 truck with solid elements Was built ． Based on the model the static and dynamic performance of the truck ’ S frame structure was studied ． A topological optimization model and a simple optimization model was built based on solid elements． With the objection that the volume of the frame is minimal ， the carling section dimensions was optimized and the results of optimization Was analyzed．This paper analyzes the principles and methods of optimization design ， which Can be generalized to shell element model ． The design variables ， state Vadables and objective functions can be adjusted to meet the actual needs． Through the finite element simulation and optimization of a CA1040 truck frame structure some useful conclusions has been got for the design of the frame．

基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计

10.16638/ki.1671-7988.2018.15.053基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计徐森，曹晓辉，胡朝磊（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）摘要：以大学生方程式赛车为实例，为了设计更高性能的车架，利用ANSYS软件校核车架的刚度，结合实验数据作为参考，在保证车架扭转刚度在目标值以上的前提下，不断修改车架的结构、钢管尺寸等，达到轻量化优化设计的目的，再通过软件分析车架强度与模态，保证车架的工作稳定性。

优化后车架扭转刚度达到了2468.5N*m/deg，质量为27.659kg，达到预期设计目标。

关键词：FSC 赛车；车架设计；有限元分析；轻量化设计中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)15-143-04Lightweight Design of FSC Racing Car Frame Based on Finite Element AnalysisXu Sen, Cao Xiaohui, Hu Chaolei( Automotive and Traffic Engineering College, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013 )Abstract:Taking the student equation racing car as an example, in order to design a more high performance frame, use ANSYS software to check the stiffness of the frame, combined with the experimental data as a reference, the structure of the frame and the size of the steel tube are constantly modified under the premise that the frame's torsion stiffness is above the target value, so as to achieve the purpose of lightening and optimizing the design. The strength and mode of the frame are analyzed by software to ensure the working stability of the frame. After optimization, the torsion stiffness of the frame reaches 2468.5N*m/deg and the mass is 27.659kg.Keywords: FSC car; design of frame; finite element analysis; lightweight designCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)15-143-04前言轻量化是所有赛车及乘用车追求的目标，根据牛顿第二定律，F= m *a，在相同的牵引力下，质量减轻能获得更大的加速度，这是评判赛车动力性的三大指标之一。

基于有限元分析的节能车车架结构优化设计

基于有限元分析的节能车车架结构优化设计李晓;朱迅;管小清【摘要】In light of the status in frame structure design of energy-saving vehicles that there is the contradiction between reducing the weight and reducing deformation,we carry out the force and deformation analyses on two different frame structures by ANSYS,use Origin to draw their variation curves,summarise the rules of stress and deformation,compare the performance differences of two structural designs.We analyse and conclude that the improved scheme has more reasonable stress distribution and less deformation in the circumstance of reducing the weight and within the allowable stress scope.Experimental results fully prove the reasonability and feasibility of the structure design,this has certain guiding significance for the optimised design of energy-saving vehicles in the future.%针对节能车结构设计中减轻重量与减小变形相矛盾的现状，通过ANSYS对两种不同车架结构进行受力和变形分析，用Origin绘制出变化曲线，总结应力和变形规律，比较两种结构设计的性能差异，分析得出改进后的方案在重量减轻的情况下，在许用应力范围内，应力分布更合理，变形更小。

汽车车架的轻量化设计 (1)

Ｖ９０６８０‘西华大学硕士学位（毕业）论文题目：汽车车架的轻量化设计研究生指导教师：专、№研究方向：培养单位：论文起止日期曲昌荣巢凯年ｆ教授１车辆工程汽车陛能测试与分析西华大学２００５年５月至２００６年５月２。

６年５月西华人学硕十学位论文１．具有良好的图形用户接口（ＧｕＩ）（如图２ｌ所示）Ｆｉ醇．１ＧｕｌｏｆＡＮＳＹＳ例２．１ＡＮｓＹｓ软件图形用户界面通过ＧＵＩ可方便的交互访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，并可一步一步完成整个分析，因而使ＡＮＳＹｓ易于使用。

在用户接口中，ＡＮＳＹＳ程序提供了四种通用方法输入命令：菜单、对话框、工具杆、直接输入命令。

菜单出运行ＡＮＳＹＳ程序是相关的命令和功能组成，位于各自的窗口中，用户在任何时候均可用鼠标访问这些窗口，这些窗口也可用鼠标移动或隐去操作。

ＡＮＳＹＳ命令根据其功能分组，保证了用户快速访问到合适的命令。

２全交互式图形它是ＡＮＳＹｓ程序中不可分割的组成部分，图形对于校验前处理数据和在后处理中检查求解结果都是非常重要的。

西华人学硕十学位论文Ｆｉ醇．３Ｇｅｏｍｅ廿ｉｃｍｏｄｅＩｏｆａｔｎＪｃｋ图２．３载货汽车车架的几何模型２．２．４模型的网格划分汽车的车架大多数是由薄壁型钢焊接和铆接而成，其中槽钢就是最常用的一种型钢，该货车也采用槽钢。

由于载荷常常不通过这些薄壁截面的弯曲中心，由材料力学可知，这些杆件不但要发生弯曲变形，而且还要发生扭转变型。

薄壁杆件抗扭的能力较差，当汽车在高低不平的路面上行驶时，必须考虑到杆件的扭转变型。

在建立板壳单元刚度矩阵时，板壳单元有三节点、四节点、六节点、八节点等几种类型的单元，由于货车车架纵梁和横梁均为平直的槽钢，故可以采用四节点和八节点单元，而八节点单元精度较高。

对于高次单元由于内部应力不是常量，可以较好的适应结构变化的应力场，用较少的单元可以得到较好的效果。

但是高次单元的刚度矩阵比较复杂，形成结构刚度矩阵要花很长的计算时间。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

在ＡＹ９ＮＳＳ．建立车架０中图２车架结构简图
量化的原则，而作为主要承载部件的车架，在整车质量中占较模型时，去对整体强度影响略
大比重，是轻量化设计的首要对象。需在保证足够强度与刚度较小的孔及其他工艺特征，采用Ｂａｅｍ１８单元来离散整个结构。８
上进一步缩减截面尺寸，实现了车架结构的轻量化目标。模态分析结果表明，车架的动态特性较好，怠速状态下不会与
发动机产生共振。
关键词
有限元节能车车架轻量化
பைடு நூலகம்
ＬｉｈｗｅｇｔＤｅｉｎｏｎＥｎｅｇｎｓｒａｉｎＶｅｃｅＦｒｍｅＢａｅｎＦＥＡｇｔｉｈｓｇｆａｒｙＣｏｅｖｔｏｈｉｌａｓｄｏ
ｃｎｉｏ．ｏｄｔｎｉＫｅｗｏｄ：ｉｉｅｎｅｇｏｓｒａｉｎｖｈｃｅＦｒｍｅＬｉｈｗｅｇｔｙｒｓＦｎｔＥｌｍｅｔＥｎｒｙｃｎｅｖｔｅｉｌａｇｔｉｈｅｏ
以“ 挑战一升，环保一生”为口号的Ｈｎａ节能竞技大赛，ｏｄ
的前提下，使之达到最轻状态。
Ｂａ８ｅｍ１８是２节点（ｏｅＮｄ）梁单元，每个节点有６个自由度，
个，Ｚ和３个沿，ｙ，Ｚ轴方向轻量化设计可从材料上入手，如：采用碳纤维或铝合金等包括３线性位移自由度，ｙ轻质材料来替代传统的钢，但成本偏高，且制作上存在难度（如的转动自由度。该单元适宜于分析细长或中等厚度的梁结构，铝合金不易焊接），所以从车架结构优化入手显得更为实际。由可获得较好的整体应力水平分布情况，且计算速度快。梁与梁于车架本身结构和载荷的复杂性，无法以建立力学模型和通过的连接处进行节点耦合。由于车轮与车架直接刚性连接，所以
Ａｂｔａｔｎｏｄｒｔｅｕｅｔｅｗｅｇｔｆｎｅｅｇｏｓｒａｉｎｖｈｃｅｆａｅａｄｇｔｏｄｏｅａｉｇｆｅｈｒｃｅｉｔｓｔｉｓｒｃ：Ｉｒｅｒｄｃｉｈｎｒｙｃｎｅｖｔｅｉｌｒｍｎｅｏｐｒｔｌａａｔｒｉ，ｓｏｈｏａｏｇｎｕｃｓｃｈｐｐｒｅｔｂｉｅｅｆｉｌｍｅｔｏｅｆｈａａｅｎｂａｅｅｎａｅｓａｌｈｓｔｎｔｅｅｎｄｌｅｆｍｅｂｓｄｏｅｍｌｍｅｔｉＡＮＳ．．ｏａｉｇｔｅｃｍｐｔｄｒｓｌｓｈｉｅｍｏｔｒｎＹＳ９０Ｂｙｃｍｐｒｏｕｅｅｕｔｎｈｓｔｅｐｐｒｆｄｕｈｔｕｄｒｔｅｓｍｅｉｔｎｉｎｉｉｉｅｕｓ，ｃｒｕａ－ｅｔｏ－ｅｍｋｓｔｅｆａｉｈｅｈｎｗｈｎｈａｅｎｓｏｔａｎｅｈａｎｅｓｔａｄｒｄｔｒｑｅｔｉｌｒｓｃｉｎｂａｍａｅｈｍｅｌｔｒｔａｅｉｔｙｇｙｃｌｇｕｅｏｈｒｋｎｓｏｅｍｓＲｅｕｅｔｅｂａｓｃｉｎｓｚｕｔｅｎｎｌｅｓｔｅｌｈｗｅｇｔｅｉｎｒｑｉｍｅｔ．ｈｄｌｓｔｅｉｄｆａ．ｄｃｈｅｍｅｔｉｅｆｒｈｒａｄｆａｌｍｅｔｈｉｔｉｈｓｇｅｕｒｂｏｉｙｇｄｅｎｓＴｅｍｏａ
一
定量的油在跑道内行驶，换算得出１Ｌ油能够行驶多少千米，
离地间隙，前后抬高以适应车
油耗少，则胜出。比赛旨在让更多人体会到 “ 低油耗就是环保 ” 。轮直径，如图２所示。
为达到 “ 节能”的目的，在设计参赛车辆时，必须秉承轻
装置，置发动机，条传动。＿后链
２００７年正式登陆中国，参赛车辆统一搭载由Ｈｎａ司提供车架主要以２边梁组成，间ｏｄ公根的单缸４冲程发动机，车身和底盘等则靠自己设计。比赛时用距前宽后窄，中间下沉以减小
维普资讯
周建美王桂姣（武汉理工大学汽车工程学院）
摘要
为减轻节能车车架质量，获得良好的燃油经济性，ＮＳ９软件环境中，以梁单元为基础建立了车架的有限元模在ＡＹＳ．Ｏ
型，通过计算比较，发现在同等强度和刚度水平下，采用截面为圆形的梁可以使车架质量比采用矩形梁时更低，在此基础
ａｌｉｅｕｌｉｉａｅｈｔｆａｅＳｄｎａｉｈａａｔｒｓｉｓｂｅｔｒｎｎｏｒｓａｃｔｅｅｎｅｗｉｌｃｒｕｅｅｉｌｎｎａｙｓｓｒｓｔｎｄｃｔｓｔａｒｍ ’ ｙｍｃｃｒｃｅｉｔｃｉｔｅ，ａｄｅｏｎｎｅｗｉｔｎｇｉｌｏｃｕｎｄｒｔｄｉｇｈｈｈ