基于有限元分析的电动机底座结构的优化设计
基于电动车车架的有限元分析及优化设计
开发研究基于电动车车架的有限元分析及优化设计廖静朱耀武徐悦（无锡职业技术学院，江苏 无锡214121）摘要:运用有限元力学分析法，针对常用电动车车架中存在的疲劳损坏等问题进行了分析，对产生该类问题的原因进行了总结，并在此基础上对常用车架进行了优化设计。
最后对优化后的车架进行了初步有限元分析,验证了优化设计方案的可行性。
关键词：电动车车架;有限元分析;优化设计我国电动车诞生于1985年,2003年行业步入快速发展时期，经过近10年的努力,产业规模和销量均保持每年50%以上的增长率，特别是2005.2006年2年间,电动车行业的发展进入了井喷时期。
10余年间，我国电动车产业在取得迅猛发展的同时，也不可避免地逐渐暴露出一系列质量问题。
2009年按照国家质检总局统一要求，由国家自行车质量监督检验中心牵头，协同国家电动车质量监督检验中心联合工作，共同承担了 2009年第一季度电动车产品质量国家监督抽查工作。
检测数据显示，电动车检测中发现车架强度单项合格率只有87.4%,也就是说检测过程中有12.6%的车架是不合格的。
本文围绕某款常用电动车 车架主体结构出现疲劳断裂现象这一严重质量问题，应用SolidWorks 软件中的Simulation 有限元分析模块对其进行分析，提出车架主体结构优化修改方案。
如图］所示为本文所研究的某款常用车架主体部分三 维模型，本文对车架的有限元分析使用的是SolidWorks软件中的Simulation 有限元分析模块。
对问题车架主体 结构的性能分析主要为静力分析和共振分析2种：静力分析可以对车架的改进有所指导；共振分析主要用于检验车基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目（项目编号：PPZY015A086）o作者简介:廖静（1997-），女，四川遂宁人，无锡职业技术学院 在读学生，黄成创新班。
朱耀武（1975-）,男，陕西渭曲人，硕士，无锡职业技术学院副教授，主要研究方向为机械设计制造及自动化。
有限元分析在机床结构优化设计中的应用
有限元分析在机床结构优化设计中的应用有限元分析(Finite Element Analysis)是一种利用计算机模拟物理系统的工程分析方法，能够预测结构在各种外载荷下的响应情况。
在机床结构优化设计中，有限元分析是非常重要的工具。
一、机床结构优化设计的意义机床是制造业的重要设备之一，但是机床的制造成本、维护成本、能耗成本都比较高。
为了提高机床的性能和降低成本，需要进行结构设计的优化。
优化设计既可以提高机床的工作精度，优化结构，还能够减少机床重量，降低能耗成本。
二、有限元分析的基本原理有限元分析是一种模拟物理系统的方法，它可以通过将大的结构划分成小的单元，并建立数学模型来计算结构在各种外载荷下的响应情况。
基本原理如下：1、建立模型：将结构划分成小的单元，并建立数学模型。
2、施加载荷：将结构施加各种外载荷，例如重力、压力、加速度等。
3、求解模型：利用计算机数值方法求解结构在各种外载荷下的响应情况。
4、分析结果：通过分析求解结果，评估结构的性能、强度、刚度等方面。
5、优化设计：根据分析结果，对结构进行优化设计。
三、有限元分析在机床结构优化设计中的应用有限元分析可以应用于机床结构的优化设计，主要包括以下几个方面。
1、材料的选择在机床结构中，材料的选择非常重要，因为不同材料的性质不同，会影响机床的工作精度和性能。
利用有限元分析可以预测机床在各种外载荷下的响应情况，并确定材料的合适选择。
2、优化结构设计机床结构非常复杂，因此在设计过程中可能存在缺陷或者弱点。
有限元分析可以帮助设计者预测和评估机床结构在各种载荷下的响应情况，并帮助设计者确定如何优化结构设计。
3、优化布局方案机床的各种部件需要进行合理的布局，以确保机床的工作精度和性能。
有限元分析可以模拟机床在各种外载荷下的响应情况，帮助设计者确定合适的布局方案。
4、降低材料成本机床的材料成本非常高。
有限元分析可以帮助设计者确定机床结构所需的材料数量，从而降低机床的材料成本。
基于有限元分析的电动汽车电机设计优化研究
基于有限元分析的电动汽车电机设计优化研究电动汽车的快速发展和普及，离不开先进的电机技术的支持。
在电动汽车市场竞争激烈的今天，电机设计的优化已经变得尤为关键。
本文将从有限元分析的角度，探究电动汽车电机设计的优化问题。
一、电动汽车电机的基本结构首先，我们需要了解电动汽车电机的基本结构。
通常，电动汽车中使用的电机是感应电机或永磁同步电机。
感应电机是一种通过感应电磁力产生旋转力矩的电机。
感应电机具有简单的结构和可靠的运行，但效率较低。
永磁同步电机利用磁铁的特性，通过电流激励磁场产生旋转力矩。
永磁同步电机具有高效率和高功率密度，但是相对而言，其结构更加复杂。
在电机的基本结构中，转子是关键部件之一。
转子的设计优化可以极大提高电机的性能。
二、转子设计中的优化转子的设计优化主要包括几个方面：1. 转子磁场设计的优化。
电动汽车电机中，磁场是产生旋转力矩的关键因素。
通过有限元分析，我们可以对电机的磁场分布进行模拟，并优化电机的磁极形状和材料，以提高电机的性能。
2. 转子结构优化。
转子的结构设计直接影响电机的转速和功率输出。
通过优化转子的形状、大小和材料，可以提高电机的功率密度和效率。
3. 转子轴的优化。
转子轴是转子支撑和传递力矩的关键部件之一。
通过优化转子轴的材料和结构设计，可以减小电机的功率损耗和振动噪声，同时提高电机的寿命和运行安全性。
三、电机的散热优化在电动汽车中，电机运行过程中产生的热量需要进行及时排放，否则容易导致电机过热并损坏。
因此，电机的散热是设计优化时需要考虑的关键因素之一。
散热方案主要包括电机外壳结构设计、散热片设计和冷却系统设计等。
通过有限元分析，可以对电机的散热情况进行模拟和优化，提高电机的散热效果。
四、电机运行控制优化除了电机设计的优化，电机运行控制也是影响电动汽车性能的重要因素之一。
电机控制系统设计需要考虑电机运行时的电压、电流、转速等参数。
通过优化电机运行控制策略，可以提高电动汽车的加速性能、能耗效率和续航里程。
基于有限元分析的结构优化设计方法研究
基于有限元分析的结构优化设计方法研究在工程领域中，结构设计是一项重要的任务，它直接影响到工程项目的稳定性和安全性。
为了提高结构设计的质量和效率，近年来，人们开始广泛应用基于有限元分析的结构优化设计方法。
本文将探讨这一方法的原理、应用和未来发展方向。
一、有限元分析的原理有限元分析是一种数值计算方法，用于求解连续介质力学问题。
它基于有限元法的理论，将复杂的结构分解为有限的子单元，利用数值模拟和计算的方法，逐步逼近真实结构的行为。
有限元分析的原理可以总结为以下几个步骤：1. 网格划分：将结构划分为有限个小的单元，每个单元都有一组节点和自由度。
2. 单元本构关系：定义每个单元的材料性质和本构关系，例如弹性模量、泊松比等。
3. 边界条件：定义结构的边界条件，包括约束和荷载。
4. 求解方程：根据边界条件和单元本构关系，建立结构的运动方程，通过求解得到结构的应力和位移场。
二、结构优化设计结构优化设计是指在给定的设计变量和约束条件下，寻找最优的结构几何形状和材料分布，以满足设计要求。
基于有限元分析的结构优化设计方法主要包括以下两种形式：1. 拓扑优化：该方法通过在结构中添加或移除材料，改变结构的拓扑形状，实现结构的优化设计。
拓扑优化常用的算法包括密度法、梯度法等。
2. 尺寸优化：该方法通过改变结构的尺寸参数，如截面尺寸、厚度等，来实现结构的优化设计。
尺寸优化常见的算法包括等高线法、灰度法等。
三、应用案例基于有限元分析的结构优化设计方法在各个领域都得到了广泛应用。
以航空航天领域为例，研究人员利用该方法对飞机机翼结构进行优化设计。
通过调整材料分布和拓扑形状，他们成功提高了机翼的强度和刚度，同时减轻了重量，提高了飞机的性能。
类似的优化设计方法还可以应用于汽车、建筑、桥梁等领域，以实现更高效的结构设计。
四、未来发展方向虽然基于有限元分析的结构优化设计方法已经取得了一些重要成果，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
未来的发展方向包括以下几个方面：1. 多学科优化：结构优化设计不仅需要考虑力学性能，还需要兼顾其他学科指标，如流体力学、热学等。
基于有限元分析的底座结构分析及优化设计
［３】张风熬．基于ｐｒ∥Ｅ的睦柄模型霹行性与最优化分桥
［ｊ］＋撬藏设计与制造，约沩，６：６８秭．
作者简介
常远（１９８０一），遥宁人，工擎磺＿奎， 中国电子科技集团公司４５所助理工程师， 主要从事划片机的研制工作。
万方数据
基于有限元分析的底座结构分析及优化设计
作者： 作者单位： 刊名：
来，形成整体的有限元方程秘＝歹Fra bibliotek（１）
式中，ｘ是整体结构的刚度矩阵；ｇ是节点位移列
阵∥是载荷列阵。 建立一个结构静力学分析，对模型进行计算。
通过模型的有限元计算可以褥羽模型的应力分布帮
位移分布分别如图２，图３新示。最大应力搴籍最大
变形分别为１．０２９ ＭＰａ和０．７２４ ５斗ｍ。模麴的最
万方数据
网３位移分栉
粱建虎（１９７２一），离级工程簿，主要瓜事于雷达微波系 统、雷达整辊系统等旁裔的研究工诈。
（上接第１６４荧）
因素，需要通过对变量的优化设计来达到某种最佳 的效果。这就是优化设计过程，通过定义优化目标 翱条件来计算最优方案。本文中的优化方案为： （１）优化强标——模型的质餐最小讫；（２）优化条 件——模型的第一阶固有频率大于３００ Ｈｚ，模型最 大位移小于０．８¨ｍ。
通过Ｐｒ０／Ｍｅｃｈａｎｉｅａ的Ｇｌｏｂａｌ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ计算， 可以得到模型在受力条件下随着４个参数分别变化 的一些计算结聚，在其中可以选择若干关键的参数 进行分柝。南于模型的应力远满是条件，所以在本 文中只选取了模型总质量Ｔｏｔａｌ Ｍａｓｓ、最大位移ｍａｘ ～ｄｉｓｐ—ｍａｇ和第一模态固有频率ｍｏｄａｌｌ一ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ 来进行分析，计算它们随着蹶个变量变化的敏感性， 缮到仿真蘸线分别翔图５，图６纛图７掰示。
基于有限元分析的结构优化设计与仿真
基于有限元分析的结构优化设计与仿真结构优化设计与仿真是一种基于有限元分析的有效方法，可以通过对结构进行细致的分析和优化，以实现结构的最佳性能。
本文将介绍有限元分析的基本原理、结构优化设计的基本方法以及仿真技术的应用，并分析其在工程实践中的重要性和优势。
有限元分析是一种将复杂结构离散成有限个单元并对其进行数值计算的方法。
它通过代数方程和微分方程来描述结构内各个单元的受力和变形关系，从而实现对结构的分析和仿真。
有限元分析的核心思想是将结构离散为多个小单元，每个小单元内的力学行为可以通过经典的力学理论进行描述。
通过对每个小单元进行计算，并将其相互联系起来，就可以得到整个结构的应力、变形和刚度等参数。
在结构优化设计中，有限元分析扮演着重要的角色。
通过对已有结构的有限元模型进行分析，可以了解结构的强度、刚度、稳定性等基本性能，并且可以得到结构各个局部区域的应力和变形分布情况。
基于这些分析结果，可以进行结构的优化设计，以改善结构的性能。
最常见的结构优化目标包括减小结构的重量、提高结构的强度和刚度等。
结构优化设计的方法有很多种，其中最常见的包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。
拓扑优化是通过改变结构的拓扑形态来优化结构的性能。
它可以通过添加、删除或重新分配材料来改变结构的拓扑形态，以实现给定的设计目标。
形状优化是通过改变结构的几何形状来优化结构的性能。
它可以通过调整结构的外形参数，如曲率、厚度等，来改善结构的性能。
尺寸优化是通过改变结构的尺寸参数来优化结构的性能。
它可以通过调整结构的尺寸参数，如长度、宽度等，来改善结构的性能。
仿真技术在结构优化设计中也有着重要的应用。
通过将已有结构的有限元模型与仿真软件相结合，可以实现对结构性能的精确预测。
仿真技术可以通过设定结构的边界条件和约束条件，对结构进行不同工况下的响应分析，以评估结构在不同工况下的性能和稳定性。
同时，仿真技术还可以通过敏感性分析，确定结构的设计参数对性能的影响程度，以指导优化设计的方向。
基于有限元分析的工程结构优化方法与实践
基于有限元分析的工程结构优化方法与实践工程结构优化是现代工程设计中不可或缺的环节，它通过分析结构的性能和力学行为，运用合适的优化方法和技术，寻找最优的设计方案，以提高工程结构的安全性、经济性和可靠性。
其中，有限元分析作为一种常用的结构分析方法，在结构优化过程中起着重要的作用。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将结构离散为有限个单元，在每个单元内使用适当的数学模型来近似解决结构的力学问题。
这样的离散化方法可以大大简化结构分析的复杂度，并有效地进行结构的优化设计。
下面将介绍一种基于有限元分析的工程结构优化方法与实践。
首先，进行结构信息的预处理。
这一步骤是指对结构的几何形状、边界条件、材料特性等进行准确的描述和输入。
在进行几何描述时，可以使用计算机辅助设计软件绘制结构的三维模型，并进行必要的网格划分。
边界条件一般包括结构的约束条件和加载条件，如支座约束、力和热载荷等。
材料特性是指结构所使用的材料的力学参数，如弹性模量、泊松比等。
在这一步骤中，需要对结构模型进行合理的简化与假设，以减小模型的规模和计算复杂度。
接着，进行有限元分析。
有限元分析的核心是根据离散化的结构模型，建立数学模型并通过数值计算的方法求解结构的应力、应变分布等力学参数。
在进行有限元分析时，需要选择合适的有限元类型、网格密度、求解方法等，以确保计算结果的准确性和可靠性。
经过分析得到的应力和应变分布结果可用于评估结构的强度、刚度和稳定性等性能指标。
同时，还可以通过对结构的响应进行模态分析，预测结构的振动特性和动力响应。
在有限元分析的基础上，进行结构优化设计。
结构优化是通过调整结构的形状、材料分布或者参数，以最小化结构的重量或者成本、最大化结构的强度或者刚度等设计目标。
常用的结构优化方法包括形状优化、拓扑优化、尺寸优化等。
形状优化是通过改变结构的外形，来满足结构的性能要求。
拓扑优化是通过在初始结构上添加或者移除一定的材料，实现结构的轻量化和刚度的增加。
基于有限元分析的永磁无刷直流电动机优化设计
基于有限
（ 安徽工程大学 ， 安徽 芜湖 ２ １０ ） ４ ００ 摘 要： 基于有 限元分析建立 了永磁无刷直流 电动机 的二 维和三 维有 限元 模型 。在二 维分析 中 ， 考虑起 动 从
过程和不考虑起动过程两个方面仿真计算了 电机的机械瞬态下电机特性和性能。在三维模 型中 ， 据磁场在 电机 根
…
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触持电棚 ２２ 第 ０ 第 期 ０ 年 ４卷 ６ １
基 于 有 限 元 分 析 的 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 优 化 设 计
界条件 ； 示二 类边 界条件 。 ， 表
大 等优 点 Ｈ 。在 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机 性 能 分 析 方 Ｊ 法 中 ， 内外 应用 较 多 的是 基 于 磁 路法 的经 验 公式 国 或 者是基 于 麦克斯 韦方 程 的电磁场 有 限元分 析 。本
文 利用 经验 公 式 对 电 机 的 尺 寸 和 参 数 进 行 初 步设 计 ， 后利 用 电磁 场有 限元分 析 软件 Ａ ｓｆＭ ｘ ｅ 然 ｎｏｔ ａｗ ｌ ｌ
Ｏｐｔｍ ａ ｓｇ ｏ ｒ ａ ｅ ｔ Ｍ ａ ｎ ｔＢｒ ｈ ｅ ｓＤＣ ｏ ｏ ｓ ｄ ｏ ｉ ｌＤｅ ｉ ｎ ｆＰｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｕｓ ｌ ｓ Ｍ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＦＥＡ Ａｎａｙ ｉ ｌｓｓ
Ｈ Ａ Ｇ Ｄ － ｉＣ ｌ ｕ ， Ａ Ｇ Ｊ Ｕ Ｎ ｉｘ ，Ｕ ｎ Ｆ Ｎ 讽ｇ Ｑ （ ｎ ｕ ｏ ｔｃｎｃＵ ｉｅｓｙ Ｗｕ ｕ２ １０ Ｃ ｉａ Ａ ｈ ｉ ｌ ｅｈ ｉ ｎｖｒｉ ， ｈ ４ ０ ０， ｈｎ ） Ｐｙ ｔ
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用共3篇
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用共3篇有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用1有限元分析是一种基于数字计算的工程设计方法，可以在虚拟环境中对物体进行模拟，计算出物体在各种力和材质条件下的变形和应力状态。
在机械工程中，有限元分析技术被广泛应用于钢结构设计及结构优化中，可以有效提高工程机械的安全性、耐久性和性能。
在工程机械领域，钢结构设计是一个重要的环节，它涉及到许多因素，如结构强度，耐久性，安全性等。
通常，机械设计师需要设计一个坚固耐用的钢结构，同时还要确保其满足规定的力学要求和安全标准。
由于机械结构较为复杂，往往难以通过手工计算或实验测量来获得精确的力学参数，这时有限元分析技术便可以发挥重要的作用。
首先，有限元分析可以提供高精度的结构分析，可以根据设计要求细化结构模型，考虑各种载荷和边界条件下的最坏情况，分析结构的应变、应力分布，预测可能的破坏模式，从而优化结构的设计和材料选用。
有限元分析工具可以模拟正常工作过程中的多重载荷，包括静载荷和动载荷等，还可以模拟极端工作条件下的结构响应，例如自然频率、疲劳寿命等。
其次，有限元分析提供了快速和成本效益的解决方案。
设计人员可以使用有限元分析软件对各种结构方案进行快速优化，以获得最佳性能和最小的成本。
此外，比较不同结构方案的有限元分析结果可以帮助设计人员选择最佳方案，避免遗留的缺陷和错误设计问题。
最后，有限元分析还可以帮助设计人员进行结构疲劳寿命分析。
对于大型机械设备，疲劳破坏是主要的破坏模式之一。
在有限元分析中，设计人员可以对结构进行动态载荷仿真，预测结构各部件的疲劳寿命和破坏模式，从而提高结构的耐久性和工作寿命。
尽管有限元分析技术在机械工程中的应用已取得了巨大成功，但同时还存在一些挑战和限制。
例如，有限元分析的结果准确性很大程度上取决于材料属性的准确性，结构模型的准确性和边界条件的模拟准确度，因此有限元分析前期建模的精度很高。
有限元分析在电机设计中的应用研究与优化
有限元分析在电机设计中的应用研究与优化一、概述有限元分析是目前工程领域中应用最广泛的数值分析方法之一，它在机械、电力、建筑、航空航天等领域得到了广泛的应用。
而电机也是应用有限元分析技术进行设计的常见领域之一。
本文将围绕有限元分析技术在电机设计中的应用研究进行详细讲解，并介绍优化方法，希望能对电机设计工程师提供帮助。
二、有限元分析的基本原理在进行有限元分析前，需要将要研究的结构或器件离散化成许多有限的小单元，这些小单元可以是任意形状。
在有限元法中，我们会考虑每个单元的受力情况，然后利用数值分析方法对其进行求解，以得到整个结构或器件的行为情况。
在电机设计中，我们通常使用三维有限元分析方法。
具体来说，有限元分析可以分为以下步骤：1. 建立几何模型：在有限元分析之前，需要建立三维几何模型，通常使用计算机辅助设计软件（CAD）完成。
2. 离散化：将三维几何模型划分为许多小的有限元，每个有限元都有一系列的节点、单元类型和材料属性。
3. 定义边界条件：确定模型的载荷、边界和约束条件。
4. 求解：使用有限元分析软件进行求解，并生成有关节点变形、应力、应变等的结果。
5. 后处理：通过结果对计算进行验证并提供结构优化方案。
三、电机设计中的有限元分析应用1. 电机磁场分析有限元分析广泛应用于电机设计中的磁场分析。
在电机磁场分析中，有限元分析可以用于计算电机中的磁场分布和磁通量，以及计算电机的电磁力和功率损耗。
通过研究这些参数，我们可以优化电机的设计，以提高其效率和性能。
2. 电机温度分析有限元分析也可以应用于电机的温度分析，这非常重要，因为电机内部的高温会影响电机的性能和寿命。
通过有限元分析，我们可以计算电机内部的温度分布和热流量，并确定散热器、风扇、冷却液等冷却设备的最佳位置，以提高电机的散热性能。
3. 电机振动分析电机在运行时会产生振动，这可能导致机械失效或噪音增加。
有限元分析可以帮助我们计算电机的振动模式及其频率，以及确定振动防护措施。
利用有限元法对电机机座的分析与优化
０ 引言
电机 的机 座 是 电机 整 体 上 最 重 要 的 结 构 部 件， 它起着 支撑 、 保护 、 作为通 风 结构等 多种作 用 。
免造成严重后果 。通过定义设计变量 、 状态变量 和 目标 函 数 等 优 化 变 量 ， 利 用 Ａ Ａ Ｕ ／ Ａ 可 Ｂ Ｑ ＳＣ Ｅ 的 优化工 具和 参数 化 脚 本 语言 对 模 型进 行 尺 寸 、
用要求 ， 制造成本降低 。
线性和材料非线性 ， 其中静力分析用于求解静力 ２ ２ 电机机 座 的有限元 模型 ． 载荷作用下结构的位移和应力。通过静力分析可 为了进行有限元分析并更加真实反映实际情 本例采 用装配 的方 法 ， 对零件装 配搭 接处 采 并 以考核设计产品零部件的强度和静、 动力下 的结 况 ， 构变形是否合乎设计要求 。模态分析用于计算结 构的固有频率和振型 ， 应用此功能可以预见所设 计零部件的固有振动频率和振动形式 ， 这样可以 预 防所设 计 的零 部件 由于 外 界 激励 发 生 共振 ， 避
形状、 支撑 位置 、 制造 费用 、 自然频 率 、 料等方 面 材
现在国内各电机制造厂在电机的机座设计时一般 都是参考已有产品结构进行变形设计。这种方法 虽然方便但不够精确 ， 不能最好的利用有效材料 ， 可能会造成部分结构应力集 中， 影响 电机使用寿 命等不良后果。随着有限元技术 ， 特别是基于有 限元分析的结构拓扑分析程序 的不断成熟 、 发展 与完善 ， 利用 有 限 元法 进 行 结构 件 的 优化 分 析 已
爆 晓杌
（ ＰＯＩ —Ｒ Ｏ ＬＣＲ Ａ Ｈ Ｅ Ｅ ＬＳ ＮＰＯ Ｆ ＥＴＩ Ｍ ＣＩ ） Ｘ Ｏ Ｅ Ｃ Ｎ
期５
）
利 用有 限 元 法对 电机 机座 的分析 与优 化
基于MSC Nastran的某电机支架强度优化分析
基于MSC Nastran的某电机支架强度优化分析作者：陈启亮金常忠王朋波高岩来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：采用有限元法对一款电机支架进行强度仿真和优化，将刚性单元和集中质量单元组合模拟负载质量连接，具有较高的计算精度和计算效率.强度分析结果表明，电机支架的端部支撑部件有应力集中现象，存在强度破坏风险.针对风险位置进行结构优化设计，使电机支架破坏的风险有效降低.关键词：电机支架；有限元；强度分析；结构优化中图分类号： TM31文献标志码： B0引言在结构设计中，电动机等部件作为质量负载连接在电机支架上.在实际使用过程中，电机支架受到各种载荷作用，可能会产生强度方面的问题.[1-2]应用有限元法进行结构风险预测能够缩短研发周期，降低研发成本，已成为工程行业广泛应用的主要手段.[3-4]本文应用有限元法，以某电机支架为研究对象，建立包含壳单元、体单元、集中质量单元和刚性单元等单元形式的有限元分析模型，采用MSC Nastran软件进行应力分析，并针对强度风险区域进行结构优化.1有限元建模本文所研究的电机支架，其两端通过螺栓固定安装在车身上，中段为管状支撑结构，向外侧延伸的支撑零件与管状支撑结构通过缝焊连接，并且固定着电机和减速器等质量负载.电机支架结构见图1.有限元模型中，支撑梁和连接板等钣金件用板壳单元模拟，以四边形壳单元为主，含少量三角形单元；实体金属块用实体单元模拟；缝焊采用节点对齐的RBE 2单元模拟，螺栓采用刚性单元与杆单元以RBE 2-CBAR-RBE 2的形式模拟.电动机和减速器等部件为铸造外壳，外壳刚度相对于整体电机支架结构大很多，故采用刚性单元和集中质量单元组合的方式来模拟：电机和减速器均简化为集中质量，采用CONM2集中质量单元模拟，质量单元与悬挂位置之间用RBE 2连接.3种极限工况中，电机支架的端部支撑件是结构的薄弱区域，最大应力均出现在此处.在颠簸工况的应力集中最为严重，最大应力为137 MPa.根据应力分析结果，电机支架的端部支撑件是主要的应力集中区域，虽然各工况的最大应力均低于材料的屈服极限235 MPa，但颠簸工况的安全因数仅为1.7，低于工程经验的安全因数，有一定的破坏风险，需要优化改进.3结构优化针对颠簸工况电机支架的端部支撑件，提出2种优化方案，见图3和4.优化方案1：改变端部支撑件的结构安装位置，形成上下相对的连接结构，支撑件最大应力下降到90.3 MPa，安全因数提升为2.6；优化方案2：安装方式和位置不变，加强端部支撑件的设计结构，封闭支撑件的开孔，最大应力下降到97 MPa，安全因数提升为2.42.从安全因数以及强度风险的角度对比，优化方案1是最优的，但是优化方案1需要调整电机支架的装配工艺.优化方案2的安全因数略低于优化方案1，同样满足工程设计的要求，而且不需要调整电机支架的装配工艺.经过对比，设计部门认为方案2实施工艺和变更难度更低，因此选取优化方案2作为新的设计方案.4结束语对电机支架进行应力分析，结果表明端部支撑件在颠簸工况的安全因数仅为1.7，存在强度风险.所提出的两个优化方案的改进效果均可满足设计要求，方案1的安全因数更高，结构本身也相对简单，但支架结构的装配工艺改动更大；方案2的零件本身较复杂，但无须改动电机支架的装配工艺，更适合作为工程化设计方案.通过有限元法对关注零部件进行分析，可以在结构设计阶段进行风险预测和结构优化，规避设计风险；避免“设计—生产—试验—改进”的重复，缩短研发周期，降低研发成本.参考文献：[1]黄国宁，陈海，霍应元. MSC Nastran优化在结构强度设计中的应用[J]. 计算机辅助工程， 2006， 15（S1）： 50-52.[2]张胜兰，郑冬黎，郝琪，等. 基于HyperWorks的结构优化设计技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2007： 151-202.[3]BEERMANN H J. Static analysis of commercial vehicle frames[J]. International Journal of Vehicle Design， 1984， 5（1）： 26-52.[4]曾攀. 有限元分析及其应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2004.。
基于电动车车架的有限元分析及优化设计
基于电动车车架的有限元分析及优化设计摘要：电动车车架是电动车在实际运行过程中主要元件之一，更是提高其设计质量的关键。
尤其是在半承载式车身的电动货车上，其车架不仅承载着动力总成，还承载着路面所传递过来的各种静载荷。
因此，为了进一步提高电动车车架的稳定性，本文对电动车车架的有限元分析及优化设计进行了研究，希望能够给相关的学者提供帮助。
关键词：电动车车架；有限元分析；优化设计前言：在对电动车车架进行分析和设计的时候，对车架的动静态性能等进行了研究，发现其对结构的影响并不大，所以对车架进行了适当的简化，这样不仅可以节省大量的时间，还能不断增强电动车车架结构的稳定性。
同时，为了对电动汽车车架进行更加稳定的设计，还对它的固有振型进行了分析，从而进一步完善了电动车车架的设计模式。
1 电动车车架的有限元分析1.1 车架的静态分析在对电动车车架的有限元分析过程中，由于车架的材料采用的是市场流通的车架，最常用材料是Q195,所以电动车车架的固定点与外部载荷之间具有很大的联系[1]。
其中固定点是电动车车架有限元分析过程中的关键，它主要是载荷采用普通电动车在满载的情况下，所受力的情况。
在对其进行分析的过程中，发现车架的应力变化规律在集中部位，应力集中力对电动车车架中的零件材料强度造成了一定的影响。
因此，要想提高电动车车架的稳定性，可以通过车架疲劳强度的改进等，减小集中应力，为电动车的稳定运行提供基础。
1.2 路面激励对常用车架的共振分析在电动车实际的运行过程中，由于客观因素的影响，其车架会出现共振等情况。
在常用车架模态出发，分析常用车架在水平方向和竖直方向与扭转力的关系。
在电动车运行的过程中，如果路面的高低不平以及行驶过程中遇到障碍物，都会导致车架产生振动，长时间这样下去就会对电动车车架的稳定性造成严重的影响。
因此，在这样的背景下，为了进一步加强对电动车车架的有限元分析，工作人员要按照路面振动激励来源的不同，将其简单的分为离散激励事件与随机激励事件。
基于有限元分析的结构优化设计方法的研究
的有 限元 优化 设计 。基 于有 限元 分析 和参 数 化建
模这 两 个 基 本 理 论 ，本 文 提 出 了一种 结构 优 化 设 计 方法 ，可 以帮 助 设 计 者 短 时 间 内 找 出 产 品 的最 优设 计 ，最 后 以 电焊 钳 钳 臂 为 例 验证 该 方法 的有
效性 。
了参 数 建 模 方 法 ，可 以有 效 减 少设 计 时 间 ，并 提
高 设计 质量 。Ｌ ｉ ｕ Ｚ ． Ｃ． 等 同归对ＶＣ ＋＋ 和ＡＮＳ ＹＳ 的 Ａ Ｐ ＤＬ 语 言进 行结 合开 发 ，完 成 了ＹＪ ３ ２ 液 压机 下梁
些研 究 口 ，验 证 了有 限 元分 析 （ Ｆ Ｅ Ａ）在 分析 产
虑 采 用加 强 筋 或加 强套 ，或 者 改 变 关 键 尺 寸 来提
品 结构 性 能 时 所体 现 的重 要 意义 的 意义 。Ｆ Ｅ Ａ是
高 产 品 的 强度 。通 常 情 况 下 ，有 ห้องสมุดไป่ตู้ 强 筋 的钳 臂可 以 承 受 更大 的 负载 ，直 径尺 寸大 一 些 的使 用 寿 命
现 在 已 经 应 用 到设 计 整个 过 程 ，尤 其 是 在 上 游 设
泛 用 于获 得 特 定 负载 条 件 下 的结 构 的 最佳 强 度／ 重
量比。
计 阶段 。 然 而 ，传 统 用 于 结 构 优 化 的Ｆ Ｅ Ａ技 术 需 要 花
费 大 量 的 时 间 ，不 能 满 足快 速 响 应 的需 求 ， 因 此 关于Ｆ Ｅ Ａ的进 一 步 的研 究 目前 引起 了 学术 界 的注
意 。Ｑ ｉ ａ ｏ Ｌ ． Ｈ． 等提 出 了一 种基 于工 程 仿 真 的 混合 优 化设 计方 法 ，并 以钳 臂 为例 进 行验 证该 方 法 。 通 过 总 结 前 人 的 研 究 成 果 ，其 中一 些研 究 也提 出
基于有限元分析的底座结构分析及优化设计
元 的位 移 方 程 都 是 高 阶 多 项 式 （ 次 以上 ） 而 在 三 ， Ｈ— ｔｏ技 术 中 ， 个 有 限元 单 元 的位 移 方 程 是 线 因此 在 网格 至
在部件 的初 步设计 中需要 确定 部件 的大 体结 构 和尺 寸 ， 座的纵 向尺 寸 由上 面 负载尺 寸决定 ， 整 底 而
中图分类 号 ：Ｂ ７ Ｔ ４ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：６ ３５ ９ （０ ７ ０ —６ －３ １ ７ —６ ２ ２ ０ ）２ １２０
Ｓ ｒ ｃｕ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ａｙ ｉ ｎ ｔｍ ｚ ｔ ｓｇ ｏ ｏ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓ ｄ ｏ ＥＡ ｆＢａ ｅ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｆ
维普资讯
第 ２期 ２０ ０ ７年 ４月
中橱 珂譬研宪限学极 雹弓
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ＥＩ ｏ ｒ ａ ｆ ＣＡ Ｔ
Ｖ０． ｏ ２ １２ Ｎ ．
Ａｐｒ ２ ０７ ． ０
基 于 有 限 元 分 析 的 底 座 结 构 分 析 及 优 化 设 计
ｄ ｌｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｂ ｅｔｎ ｏ ｒｋ ｙ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｉｂｌｓ ａ ｒ ｑ ｅ ｃ ｒ ａ ｒｅ ｕ ｙ ｓ ｔｉ ｇｆ ｕ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｖ ｒａ ｅ ．Ａｔｔ ｅ ｅ ｄ ｏ ｓｐａ ｅ ，ａ ｐ ｉ ｌ ｈ ｎ ｆｔ ｐ ｒ ｎ ｏ ｔｍａ ｈｉ ａ ａｙ ｉ ｓｃ ｒｉｄ ｏ ｔｔ ａ ｃ ｌｔ ｈ ｘ ｃ ｍ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｄ １ ｎ ｌｓｓ ｉ ａ ｒｅ ｕ ｏ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｔ ｅ ｅ ａ ｔｄｉ ｎｓｏ ｆｔ ｅ ｍｏ ｅ ． Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｐ ｏ ｙｗ ｒ ： ｒ ／Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡ ； ｍｏ ｌａ ａｙ ｉ ｄａ ｎ ｌｓｓ；ｏ ｉ ａ ｅ ｉ ｎ ｐｔ ｌｄ ｓｇ ｍ
基于有限元分析法的发电机组底盘结构优化
利用 Ｃ ｒ ｅ ｏ 建 立 的 三 维 模 型作 适 当结 构 简 化 后 导入 ＷＢ中 ， 实 现模 型 的数据 传递效 果 ， 可 以缩 短 三
模 型共 生成 ２ ５ ２ ４ ３ ５个 单元 ， ８ ０ ４ ８ ９ ３个节 点。 。
图 ３ 网 格 划 分 图
１ ． ３ ． ２ 模 型属性 设置
， ＼
提 供可 靠准确 的分 析结 果 ， 节 省工 程分 析时 间 ， 也 节 约 了工 业成本 ， 提 高 了产 品质 量 … 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ １ ． ２ ５
作者简 介：刘少明（ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 江西萍乡人 ， 主要从事移动电站技术 的研究 、 设计工作。
环境 ， 针 对一些 结 构 的强 度 分 析 能够 为 设 计 工 程 师
某 柴油发 电机 机组 主要 由发动 机 、 发 电机 、 散 热
器水 箱等 其他 附 件组 成， 其 中 发 动 机 重 量 为 ６ ２ ０ ０ ｋ ｇ ， 发 电机 重 量 为 ４ ８ ０ ０ ｋ ｇ ， 散 热 器 水 箱 重 量 为 １ ８ ０ ０ ｋ ｇ 。
本 文 以某 柴 油 发 电机 组底 盘 作 为分 析 对 象 ， 利
用 Ｃ ｒ ｅ ｏ三 维 软 件 对 底 盘 进 行 三 维 建 模 ， 然 后 利 用
图 １ 分 析 工 作 流 程
Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ进 行 有 限 元 分 析 ， 得 出 底 盘 的应 力 及 位
１ ． ２柴油 发 电机 组底 盘的 三维 建模
２ ０ Ｉ ６年
第 ４期
移
动
电
源
与
车
辆
３ ｌ
基于有限元法的机械系统结构分析与优化设计研究
基于有限元法的机械系统结构分析与优化设计研究在现代工程领域中，机械系统的结构分析与优化设计是非常重要的研究方向之一。
其中，有限元法作为一种重要的数值计算方法，被广泛应用于机械系统的结构分析与优化设计中，具有较高的准确性和可靠性，为工程师们提供了一种有效的工具。
有限元法最早由美国航天局在20世纪50年代初提出，并迅速在工程界得到应用。
它通过将连续体划分为有限个单元，并在每个单元上进行计算，再通过单元之间的连接关系，得到整个体系的计算结果。
相对于传统的解析方法，有限元法的应用范围更广泛，可以处理复杂的几何形状和边界条件，可以模拟真实工作环境下的应力和变形情况。
在机械系统结构分析方面，有限元法可以用来计算结构的应力、变形、振动等多种物理场。
以一台发动机为例，通过有限元法可以计算发动机的受力情况，包括各个零部件的应力分布、刚度和变形等。
这对于发动机的设计和优化非常重要，可以帮助工程师们改进结构参数，提高发动机的工作效率和可靠性。
在机械系统结构优化设计方面，有限元法的应用也非常广泛。
通过对系统的结构进行分析，可以得到机械系统的强度、刚度、自然频率等关键参数。
然后，可以通过对这些参数进行优化，达到最佳设计。
例如，在飞机的设计中，可以使用有限元法分析飞机结构的强度和刚度，并通过对材料和结构的优化设计，降低飞机的重量，提高其载荷能力。
当然，有限元法在机械系统结构分析与优化设计中也有一些局限性。
首先，有限元法所建立的模型是基于一定的假设，对模型的准确性有一定影响。
其次，有限元法的计算量较大，需要使用计算机进行计算，对计算能力要求较高。
此外，有限元法也需要理论和实践经验的支持，以正确地应用于实际工程问题。
综上所述，基于有限元法的机械系统结构分析与优化设计是一项重要且挑战性的研究课题。
它可以帮助工程师们了解机械系统的强度、刚度、变形等性能指标，并通过优化设计，改进机械系统的结构，提高其工作效率和可靠性。
当然，有限元法的应用也需要注意其局限性，以确保分析结果的准确性和可靠性。
基于有限元分析的机械结构设计优化
基于有限元分析的机械结构设计优化机械结构是机械制造的重要组成部分，其性能直接影响到机械设备的使用效果和寿命。
对于机械结构的设计，不仅需要考虑强度和稳定性等基本要求，还需要在此基础上考虑降低材料成本、提高生产效率、减少噪声和振动等方面的优化需求。
在这些需求中，有限元分析技术可以为机械结构设计优化提供有力支持。
有限元分析是一种数值计算方法，可以对机械结构进行力学分析和模拟，求解出其应力、变形、疲劳寿命等重要参数。
在机械结构设计中，有限元分析可以帮助工程师在初始设计阶段就发现结构弱点或缺陷，并通过调整设计方案，降低材料成本或提高机械性能等方面进行优化。
下面就分几方面来详细介绍基于有限元分析的机械结构设计优化方法。
一、力学分析在机械结构设计中，力学分析是基础和关键。
强度和稳定性等指标的实现需要在设计过程中充分考虑，而有限元分析正是能够快速计算出机械结构所受外力、应力、变形等参数的重要工具。
通过有限元分析软件对机械结构进行建模和模拟，工程师可以得到较为准确的力学分析结果，依此根据设计要求进行优化，例如调整结构尺寸、增加壁厚等。
同时，力学分析还可以用于分析机械结构的疲劳寿命，根据实际工作环境和使用情况，合理评估机械结构使用寿命，决定机械维护和修理工作的周期和方式。
二、材料选择机械结构的材料是机械性能和生产成本的重要因素。
有限元分析可以在材料性能优化上提供有益建议，最终实现机械结构的优化设计和成本控制。
例如，在选材过程中，有限元模拟可以确定应力集中处材料的应力水平，进而确定需要的材料抗拉强度、产生的结构变形和其它性能要求，最终达到材料成本和机械性能的平衡。
三、流体力学分析机械结构的流体力学分析是机械结构设计的重要组成部分。
在工业实践中，许多机械结构需要考虑流体力学特性，例如泵、风扇、液压机械、气动传动等。
有限元分析技术可以用于建立和优化流体力学模型，在确定流场分布和气动阻力等性能参数的基础上，辅助工程师进一步进行设计和改进。
基于有限元分析的机械结构优化设计研究
基于有限元分析的机械结构优化设计研究引言：随着科技的进步和人们对高效和可靠机械设备的需求不断增加，机械结构的优化设计成为研究领域中的重要课题之一。
本文将探讨使用有限元分析进行机械结构优化设计的研究，并介绍该方法的一般步骤和关键应用。
1. 有限元分析在机械结构优化设计中的应用有限元分析是一种利用离散方法对复杂结构进行数值模拟和分析的方法。
它可以准确描述和预测机械结构在不同工况下的应力、位移和变形等特性。
在机械结构优化设计中，有限元分析主要用于以下几个方面：1.1 结构刚度优化机械结构的刚度对其性能和寿命起着重要的影响。
有限元分析可以帮助工程师定量评估结构的刚度，并通过参数调整、材料优化等方式来提高结构的刚度。
1.2 结构强度优化机械结构在工作过程中需要承受各种载荷，强度是确保结构安全可靠运行的关键因素。
有限元分析可以模拟和分析结构在不同载荷下的应力状况，帮助工程师优化结构的强度、减轻冲击和振动等不良影响。
1.3 结构轻量化设计机械结构的重量直接影响设备的搬运、安装和运输成本。
有限元分析可以对结构的材料和几何参数进行权衡，通过设计和优化来降低结构的重量，提高其载重能力和运行效率。
2. 有限元分析的一般步骤有限元分析的过程通常可以分为以下几个步骤：2.1 建立模型根据实际的机械结构，利用专业的有限元分析软件建立相应的数学模型。
模型需要考虑结构的几何形状、材料性质、约束条件和载荷等因素。
2.2 网格划分将机械结构划分为离散的小单元，通常为三角形或四边形。
网格划分的精细程度对分析结果的准确度和计算效率有重要影响，需要根据具体情况进行合理选择。
2.3 材料属性定义为每个单元指定材料的物理和力学特性，包括弹性模量、密度、热膨胀系数等。
这些参数将影响有限元模拟的精度和可靠性。
2.4 加载和约束定义根据实际情况，为模型施加合适的载荷和约束条件。
这些载荷和约束将模拟实际工况下结构的受力情况，为优化设计提供依据。
2.5 求解和分析通过有限元分析软件对建立的模型求解，得到机械结构在不同工况下的应力和位移等结果。
基于有限元分析的电动机底座结构的优化设计
基于有限元分析的电动机底座结构的优化设计
吴炳胜;邵会超
【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(027)004
【摘要】借助Ansys有限元分析软件,建立防爆电机底座结构优化设计的参数化模型,以底座的重量为目标函数对底座结构进行优化.优化过程中考虑它所受应力约束、位移约束,并对优化前后的位移和应力进行对比.优化结果表明,优化后位移和应力值有所增大,但在使用允许值范围内,优化后使底座在正常、稳定运行的情况下的重量
大大减轻,从而为批量生产节约大量原材料,对降低生产成本,创造更高的经济效益有着重要的现实意义.
【总页数】3页(P62-64)
【作者】吴炳胜;邵会超
【作者单位】河北工程大学,机电学院,河北,邯郸,056038;河北工程大学,机电学院,
河北,邯郸,056038
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
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