车架有限元分析word版
重型车车架组合结构的有限元分析
按照实际试验和经验算法, 以垂直静力弯曲和 弯扭组合 2 种工况计算了车架的应力, 研究了货物 载荷的偏置及超载对车架应力的影响。重型车如遇 实际所承载荷过大、 路面不平及车速较高等因素 , 致 使行驶中的车架受到比较频繁的扭转和重载 , 很可 能会使得局部连接板区域及相关支架位置产生应力 集中, 从而产生车架的断裂破坏。 模态分析得出了该重型车车架的固有频率和振 型。计算表明, 车架在自然约束条件下低阶频率范 围在 9~ 45 H z, 车架振型表现为垂直弯曲、 面内弯 曲、 扭转及弯扭组合特征。 参考文献:
2
车架有限元模型的仿真数据分析
车架钢板弹簧座 处每个节点的垂直位移被约
束 ; 在车架的左右对称面上 , 选取 2 个节点分别进行 水平面内纵、 横向的附加约束, 就可以求出变形引起 的节点位移。模型计算的静载荷包括驾驶室及驾乘 人员, 发动机及油箱, 货厢及货物。前面 2 种为集中 载荷, 在建立有限元模型时将作用点设置在节点上, 程序可以直接叠加到结构载荷向量中去 ; 货厢及货 物为均布载荷, 在有限元分析时 , 程序将它们放置到 单元节点上 , 形成单元节点力向量, 然后经由单元载 荷乘子 , 把载荷情况叠加到结构载荷向量中去。 弯扭组合状态即在钢板弹簧座的左前、 右后分 17
《机械与电子》2005( 2)
M PC 类型 R BE2 R BE3 Expl icit
[ 2]
图 1 板簧的简化
还有导向作用( 图 1b) , 即钢板弹簧在各个方向上均 有刚度 , 但其它方向上的刚度要比垂直方向的刚度 大得多 , n 、 p 节点间为一刚性梁[ 3] 。节点 m 和 n , p 和 q 之间弹簧元的刚度分别为 y K / ( x + y ) 和 x K / (x + y)。 与支架位置相关联的弹簧单元支承点, 取在连 接销的中心点位置, 这样有助于模拟板簧对支架位 置的弯矩作用。如图 2、 表 1 所示, 弹簧元的上端点 与该中心点之间建议采用 RBE2 或 RBE3 型多点约 束 , 以实现连接点的位移协调或总力平衡。
散装水泥运输车车架有限元分析
ＡＮ Ｙ ．Ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ｆａ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｓ ｒ ｔ ｎ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｇ ｈ ｃ ｎ ｍｅ ｔｔｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ．Ｔ ｉ ｈ Ｓ Ｓ ｈ ｎ ｌｓｓｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｒ ｔ ｃ ｕ ｉ ａｉ ａ ｈ ｔ ｈ ｍ ｒ ｅ ｏｌ ｎ ｔ ｎ ｔ ａ ｅ ｅ ｕ ｒ ｎ ｓ ｈ ｓ ａ ｈ ｒ ｈ ｅ ｓ
研 究 与 分 析
・
机械研究与应用 ・
散 装 水 泥 运输 车 车架 有 限元分 析
姜 雁雁
（ 威海市交通 学校 ， 山东 威海 ２４０） ６ ２０
摘
要Байду номын сангаас 车架作为非承栽式车身结构 的主要承栽 部件 ， 要承担 汽 车的大部 分载荷 ， 其性 能直接 关 系到整 车性 能的好
坏。文中用 Ｐ ／ ｅ ｒ Ｅ三维建模软件 建立了半挂车车架的三维实体模 型， 并利 用 Ａ Ｓ Ｓ软件进行静 态分析 ， ＮＹ 分析 结果表 明 ， 所设计 的车架结构 合理 ， 强度 能够满足要 求， 这不仅在其早期结构设计 中有 着重要的指 导意义， 而
车进行运 输 。在 散装 物料运 输车 中 ， 应用 最为 广泛 的 是 散装 水泥 运输 车 … 。 汽 车车架 作 为汽 车总成 的一部 分 ， 承受着 来 自道
路及 各种 复杂 载荷 的作用 ， 并且 汽 车上许 多重 要总成
在实际工作 中， 半挂车受载情况十分复杂 ， 尤其 是水泥载荷的施加较为困难 ， 因此 ， 分析之前应首先
ｐ ｉｅ ． ｒｓ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ —ｔａｌｒ ｒ ｅ；ｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｍｉ ｒｉ ；ｆａ ｅ ｍ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｎｅ
公交大客车车架有限元分析
公交大客车车架有限元分析公交大客车车架有限元分析第一章：引言公交大客车是现代城市化进程中重要的公共交通工具之一，其安全性能直接关系到城市交通运输和人民生命财产安全。
车架是车辆的重要组成部分，承载车身和各部件的重量，同时又要承受路面反作用力和横向力等综合作用，车架材质和结构形式的不同会影响车架的整体刚度和稳定性。
因此，对公交大客车车架进行有限元分析，在设计和改进车架结构方面起着至关重要的作用。
本文基于虚拟仿真技术，对公交大客车车架进行有限元分析，并通过模拟实验和分析，探讨车架结构对车辆性能的影响，为公交大客车车架的设计和优化提供理论依据和可行方案。
第二章：车架有限元建模本章主要介绍如何对公交大客车车架进行有限元建模，以及建模所需的材料参数、几何形状和边界条件等。
首先，通过三维建模软件将车架的实际结构进行建模，并导入有限元分析软件进行网格划分和约束条件的定义。
其次，根据车架的材料参数，包括材料的密度、弹性模量、泊松比等，设置材料属性。
最后，对车架载荷和支撑条件进行设置，以模拟出车辆在路面行驶和承载载荷时的运动状态。
第三章：车架有限元分析结果本章主要介绍车架有限元分析的结果和分析。
通过仿真实验，分析了不同载荷和速度条件下车架的应力和应变分布情况，以及车架的整体刚度、扭转刚度和稳定性等性能指标。
同时，对车架结构的改进方案进行了讨论和分析，并就其对车架性能的影响进行了研究。
第四章：车架优化设计本章主要介绍车架优化设计方案，并对优化设计结果进行了仿真实验和分析。
通过对车架结构的优化，提升了车架的刚度和稳定性，同时降低了车架重量和材料成本，达到了车架结构优化的目的。
在实际应用中，这些优化设计方案可以被应用于公交大客车的车架设计和生产中，为车辆的性能和安全保障提供了有力保障。
第五章：结论通过本文的模拟实验和分析，可以得出以下结论：（1）公交大客车车架的材料和结构对其性能指标具有显著影响；（2）有限元分析可以有效地评估车架的性能和优化方案；（3）车架优化设计可以提升车辆的整体性能和降低成本。
车架有限元分析
1前言车架是汽车的主要部件。
深人解车架的承载特性是车架结构设计改进和优化的基础。
过去汽车设计多用样车作参考,这种方法不仅费用大,试制周于精确解。
因此,正确建立结构的力学模型,是分析期长,而且也不可能对多种方案进行评价。
现代车架设计已发展到包括有限元法、优化、动态设计等在内的计算机分析、预测和模拟阶段。
计算机技术与现代电子测试技术相结合已成为汽车车架研究中十分行之有效的方法。
实践证明,有限元法是一种有效的数值计算方法,利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构改进设计的基础。
2车架的静态分析力学模型的选择有限元分析的基本思想,是用一组离散化的单元组集,来代替连续体机构进行分析,这种单元组集体称之为结构的力学模型;如果已知各个单元体的力和位移(单元的刚度特性),只需根据节点的变形连续条件与节点的平衡条件,来推导集成结构的特性并研究其性能。
有限元的特点是始终以矩阵形式来作为数学表达式,便于程序设计,大量工作是由电子计算机来完成,只要计算机容量足够,单元的剖分可以是任意的,对于任何复杂的几何形状,多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。
然而,由于有限元是一种数值分析方法,计算结果是近似解,其精度主要取决于离散化误差。
如果结构离散化恰当,单元位移函数选取合理,随着单元逐步缩小,近似解将收敛于精确解。
因此,正确建立结构的力学模型,是分析工作的第一步目前采用有限元分析模型一般有如下两种:梁单元模型和组合模型等。
梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。
其优点是:划分的单元数目和节点数目少,计算速度快而且模型前处理工作量不大,适合初选方案。
其缺点是:无法仔细分析车架应力集中问题,因而不能为车架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。
组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。
在实际工程运用中,由于车架是由一系列薄壁件组成的结构,且形状复杂,宜离散为许多板壳单元的组集,其缺点是前处理工作量大,计算时间长,然而随着计算机技术的不断发展,这个问题已得到了较好的解决,而且由于有大型有限元软件支撑,巨大的前处理工作量绝大部分可由计算机完成,也不是制约板壳元模型实际运用的困难了。
某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析
某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析杨扬（神东煤炭集团责任有限公司，榆林719315）摘要:对某型号矿用半挂牵引车车架进行了有限元分析，建立了以壳单元为基本单元并采用多点约束MPC）单元模拟铆钉传力的有限元计算模型。
通过静态分析表明了车架在满载弯曲工况与满载扭转工况下的应力及变形分布情况。
经过模态分析，获得了车架的固有频率和振形特征。
综合分析结果,对车架结构的改进提供了一些建议。
关键词:牵引车;车架;静态分析;模态中图分类号:U463.320.2文献标识码:A0引言矿用半挂牵引车车架作为非承载式车身结构的主要部件,其主要功能是固定汽车的大部分部件的相对位置，还要承载半挂牵引车车身包含的各种载荷。
汽车在行驶时，要承受来自路面的弯曲、扭转载荷以及由路面、悬架等各部件所产生的振动。
车架在设计时，不仅要保证有足够的强度和弯曲及扭转刚度，还要避免车架由外部激振频率所引发的共振导致车架使用寿命的下降。
本文建立了某型号矿用半挂牵引车车架的有限元模型，对其刚度和强度以及模态进行了有限元分析,为以后的结构改进设计提供理论依据。
1半挂牵引车车架有限元模型的建立车架有限元模型建立是采用的壳单元模型，有效避免了横梁连接点不易确定和梁单元模型纵的等一些问题，尤其是能明确展示出连接点位置的变化和加强板以及支架的一些情况，经过与实验数据的比较其计算精度也比较高。
此外，在车架有限元分析中还需要考虑汽车悬架的因素和各种约束模拟。
首先，我们应该在分析的过程中在solidworks或在UG软件里进行建立模型，可以依据其中关联的原则性简单化操作，实体模型如图1所示，接下来把模型快速导入ANSYS里，再采用shell63单元将半挂牵引车架采用整体网格分划，一定要在所有连接点和形状有明显突变的区域进行网格多次细化，在铆接处采取mpc184单元连接，这样半挂牵引车车架就形成了一个新的建模整体。
接下来利用mass21单元和combine14单元以及beam4单元对悬架和轮胎分别进行模拟。
70吨液压挖掘机上车架有限元分析解读
70吨大型液压挖掘机上车架有限元分析一、上车架计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，上车架的强度和刚度情况对整机影响很大。
故选择了最危险工况来进行强度校核。
工况一：1)、动臂水平（上、下铰点连线）；2）、斗杆垂直，铲斗挖掘，且铲斗挖掘力为垂直方向。
图1 工作装置挖掘姿态（工况一）工况二：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。
图2 工作装置挖掘姿态（工况二）工况三：满斗最大卸载半径，并回转制动。
三、上车架受力分析1）、上车架受到配重、发动机、驾驶室、液压油箱、燃油箱、散热器等重量，为了补偿覆盖件等零部件对上车架的影响，通过密度设定来进行补偿，取ρ=9.0×103Kg/m3；另外，对于发动机、配重、液压油箱等由于震动产生的动载效应，设定发动机动载系数为2.0，其它分别为1.2。
另外上车架还受到动臂及动臂油缸的反作用力。
2）、铰点载荷的处理在挖掘机工作装置中，铰点是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与机体以及各油缸和连杆机构与工作装置的连接构件。
因此，对于铰点处的载荷施加就显得尤为关键。
以往对于铰点处的载荷大多简化为集中力或等值的面载荷，施加集中载荷会产生很大的集中应力；施加等值面载荷无法全面考虑铰孔的应力分布情况。
本有限元计算铰点载荷的施加应用弹性力学的相关理论对销孔内表面的载荷简化为余弦分布的面载荷，（如图3所示）图3 铰点处余弦载荷分布余弦载荷分布假设：(1)载荷在x-y平面内在180°范围内按余弦分布；(2)分布力的方向为沿销孔表面的法向；(3)载荷在z向均布。
四、上车架有限元计算1）、有限元模型上车架实体模型采用应用软件Pro/Engineer建立，如图4。
上车架实体模型采用20节点三维实体单元SOLID95，有限元模型见图5。
上车架有限元模型共划分单元224984个，节点431815个。
图4 动臂三维实体模型图5 动臂有限元模型2）、有限元计算将各项载荷加入有限元模型后，计算结果如下：①工况一：图6 上车架Von Mises应力分布云图图7 上车架最大Von Mises应力处图8 上车架Von Mises应力分布云图（动臂铰点，去除最大点后）图9 发动机支座Von Mises应力分布云图图10 中框架Von Mises应力分布云图（前后板连接处）图11 上车架位移分布云图②工况二：图12 上车架Von Mises应力分布云图图13 上车架最大Von Mises应力处图14 上车架Von Mises应力分布云图（底盘底部）图15 上车架Von Mises应力分布云图（上车架前端）图16 发动机支座Von Mises应力分布云图图17 上车架位移分布云图③工况三：图18 上车架Von Mises应力分布云图图19 上车架最大Von Mises应力处图20 上车架Von Mises应力分布云图（第2大应力点）图21 上车架位移分布云图五、结果分析从以上三种工况计算结果来看，最大应力为182.603 Mpa，安全系数为：305/182.603=1.67，大于安全系数1.5，故满足强度使用要求。
汽车车架的有限元分析
定 ，同时两前轮分别输入向下和向上的指定位移。
约束 后轮 ６个位 移 。两 前轮 在 Ｚ方 向分别输 入方 向 相 反 的位移 。分 析 的 车架应 力 、 移结 果 如 图 ６和 位
（ ４和图 ５ 。 图 ）
被 模拟 为准静 态载 荷时需 要引人 动载 荷系数 。 （ ） 曲工况 １弯
弯曲分析工况模拟满载状态下 ， 四轮着地使汽
车在 良好路 面上匀 速直线 行驶 的状态 。通 过有 限元
图 ２ 纯 弯 曲工 况 车 架应 力分 布 云 图
图 ３ 纯 弯 曲工 况 车 架 位移 图
２３ 静 强 度分 析 ．
２ 有 限元模 型 的建立和分析
２ １ 有 限元模 型 ．
本 设计 所选 用 的载货 汽 车的 载重量 为 ５。对该 ｔ
车车架 使 用 四节点 单 元进 行 分析 ，单元 长 度 为
５ｍ ０ ｍ。材 料 属性 中的密 度 为 ７０ ｋ／ 、泊 松 比为 ８０ ｇ ｍ，
车架的静强度分析一般仅考虑纯弯 曲工况和
０ 、 ． 弹性模量为 ２ ６ ｌＰ 。车架有限元模型如图 １ ３ ． ｅ ａ ０ １
所示 。
弯扭工况。其 中纯弯曲工况是车辆的四个车轮在同 水平面时的静力工况 ； 弯扭工况是车辆 的四个车
一
轮不在同一水平 面时的静力工况 ， 中左前轮和右 其 后轮 同时抬起时 的静力工况是一种 比较恶劣 的弯 扭联 合 工况 。
在 良好 路 面 下 匀 速直 线 行 驶 时 的应 力 分 布 和变 形
情况 ， 并进行汽车车架结构的强度和刚度校核。
分 析 计算 时 ，约 束前 后 车轮垂 直 方 向 的位移 。
最大应 力值 １１ Ｐ ４Ｍ ａ 最大位移 ３ ５ｍ ．ｍ ２
车架的有限元自由模态分析
6 75．00 67．60899 9．8％ 车 模态实验结果与有限元计算结果的一致 性好， 说明该车架有限元计算模型和模态试验的 正确性。
（2） 从振性来看， 车架在低频范围内主要是 以弯曲、扭转及弯扭结合这三种振动形式为主。
（3） 通过对车架进行自由模态的分析， 可以 指导、帮助模态实验，使模态实验基本能够一次取 得成功，能较好地解决一些工程实际问题。
引言
现代汽车绝大多数都具有车架， 用于支承汽 车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。 汽 车车架受到来自路面和车桥的激励产生振动从而 产生弯曲、扭转等变形，因某些结构设计不合理， 会造成某些部件疲劳破坏，甚至断裂。 振动不仅影 响汽车的平顺性，还将影响汽车的使用寿命。 过去 对汽车进行结构设计和修理时，主要是靠经验，哪 个部件损坏，就在哪里采取措施，哪个部件出现断 裂，就加固哪个部件，这种补救方法带有盲目性， 不仅没有从根本上解决问题， 还使汽车的自重增 加，影响汽车的其它性能。 原因主要是对汽车及其 零部件的振动规律缺乏了解。 用模态分析方法对 汽车车架或车身进行强度校核故障诊断， 是研究 解决上述问题的一种有效手段。
世界首款生物橡胶轮胎面世 成功替代石油化工成分
由固特异轮胎公司制造的世界首款采用生物 橡 胶 科 技 （BioIsoprene）的 概 念 轮 胎 ，于 近 日 在 丹 麦哥本哈根的联合国气候变化大会（COP 15）上公 开展示。 作为一种全新的突破性技术，生物橡胶科 技在合成橡胶的生产过程中， 成功地以可再生生 物替代原来的石油化工成分。
模态 固有频率 f（Hz） 相对误差
阶次 实验值 计算值
模型特征
1 17．89 19．89354 11．2％
车架局部弯曲
2 25．00 24．70305 1．2％
XXX车架有限元分析
XXX车架有限元分析近年来，汽车行业的发展可谓突飞猛进。
为了提高汽车的安全性能和稳定性，车架的设计变得尤为重要。
在汽车设计中，车架的主要任务是提供强度和刚性支撑，以保护车辆乘员和其他部件免受碰撞产生的冲击。
而有限元分析（FEA）是一种有效的工具，可以帮助工程师们评估车架在不同条件下的强度和稳定性。
有限元分析是一种数值计算方法，将复杂的结构划分成无数小的有限元素，通过在每个元素上施加约束和载荷，来模拟结构的行为。
在车架的有限元分析中，主要考虑的是车架的静态刚度和动态响应。
首先，在车架的有限元分析中，需要确定车架的材料性质。
车架通常是由钢材制成，因为钢材具有较高的强度和刚度。
然后，根据车架的几何形状和设计要求，将车架划分成许多小的有限元素。
每个元素都有其特定的物理属性，如材料类型、密度、弹性模量等。
在分析过程中，需要先施加各个节点上的载荷，并确定约束条件。
载荷可以是车辆自身的重量和负载，也可以是外部施加的碰撞力。
约束条件可以是车轮的固定位置或其他支撑点。
然后，利用有限元分析软件求解得到车架在不同应力下的变形情况。
通过有限元分析，可以评估车架在各种工况下的强度和刚度。
在静态刚度方面，可以评估车架在静止状态下的刚性支撑效果。
而动态响应方面，则可以模拟不同道路条件下车架的变形和振动情况。
有限元分析还可以用来进行优化设计。
工程师可以根据分析结果对车架的材料选择、结构形式和连接方式等进行调整，以提高车架的性能。
例如，在车架设计中可以采用钢材和其他高强度材料的复合结构，以提高刚度和强度。
此外，在连接部位采用焊接、螺栓等方式，可以提高连接的牢固度和稳定性。
总之，有限元分析是现代汽车设计中必不可少的工具之一、通过对车架的有限元分析，可以评估车架的强度和稳定性，为车架的设计和优化提供科学依据，从而提高汽车的安全性能和稳定性。
车架有限元分析
摘要现代汽车绝大多数都有作为整车骨架的车架，车架是整个汽车的基体。
汽车绝大多数部件和总成（如发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱及有关操纵机构）都是通过车架来固定其位置的。
车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。
因此，车架的静、动态特性是其结构设计、改进和优化的依据，是确保整车性能优良的关键因素之一。
本文以6470型SUV车架作为研究对象，分析论证了CAD/CAE技术在汽车车架设计中的应用，主要内容如下：（1）选取一个SUV车型，通过查找和测量得到其主要的车型参数。
（2）运用CAD软件Unigraphics（简称UG）建立车架的三维模型。
（3）通过UG软件和ANSYS件的无缝连接将车架的三维模型导入ANSYS软件中。
（4）运用ANSYS软件的强大的有限元分析功能对该车架进行网格划分，施加适当的约束和载荷，对车架进行有限元静态分析，从而校核了该车架的强度和刚度，分析结果，校核该车架的强度和刚度能否满足要求。
在建模和有限元分析过程中，就CAD三维实体的建模方法、有限元理论的数学基础、有限元软件ANSYS、CAD软件与有限元接口技术、有限元分析方法的前期后期处理等方面做了研究工作，为后续工作做了较好的技术准备。
关键词：车架；CAD/CAE；ANSYS；有限元分析；静力分析AbstractMost modern cars are used as vehicle skeleton frame, which is through the matrix. Most parts and assemblies of a vehicle（such as engine, transmission, suspension, steering, cab, containers and related control mechanism and so on）are all over the frame to a fixed location. The function of a vehicle frame is to support the connection parts, and to take from inside and outside the vehicle loads. So, the static and dynamic analysis characteristics of frame is not only the base of its structure design, improvement and optimization, but also one of the key factors to ensure that vehicle performance.Finite element analysis has become an essential technology in the design of vehicle structure. As for compute-intensive and the analysis step，intuitive linear analysis of frame is very difficult. And ANSYS Finite element analysis software program can discrete elements into countless units to facilitate analysis, calculation and optimized results.On this article, 6,470 SUV frame is the objects to be researched to analyze and demonstrate CAD/CAE technique and its application in the design of automobile frame. Mainly as follows:(1) Select a SUV models，Find and measure its main parameters;(2)Establish the three dimensional model of the frame by UG;(3) Import the three dimensional frame model in UG into ANSYS through the seamless connection between UG and ANSYS;(4) Use the powerful finite element analysis for the frame element mesh, impose the appropriate constraints and loads and make the finite element static analysis of frame to check the strength and rigidity of the frame，During the modeling and finite element analysis，a lot of research work about the three-dimension solid modeling method, mathematical basis of finite element theory, interface technology of finite element, late and early processing of finite element analysis method is done, preparing for the follow-up work to be done better.Keywords: Frame, CAD/CAE; ANSYS; Finite Element Analysis; Static Analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章前言 (5)1.1汽车车架介绍 (5)1.2国内外研究现状 (6)1.3研究意义及目的 (7)第2章软件介绍 (9)2.1 UG简介 (9)2.1.1 UG发展综述 (9)2.1.2 UG软件的优势 (9)2.2 ANSYS简介 (10)2.2.1有限元软件ANSYS发展综述 (10)2.2.2 ANSYS的技术特点 (10)2.2.3 ANSYS的功能 (11)第3章车架的建模 (13)3.1车架结构的简化 (13)3.2实体车架模型的建立 (13)第4章车架的有限元分析 (17)4.1 静力分析基础 (17)4.2车架静力学分析模型的建立 (18)4.3 悬架的模拟 (22)4.4 载荷的处理 (23)4.5车架静力分析工况及约束处理 (24)4.5.1 满载弯曲工况分析 (25)4.5.2 满载扭转工况分析 (30)4.5.3 满载制动工况分析 (33)4．5.4满载转弯工况分析 (34)第5章传统车架计算方法与有限元法比较 (37)第6章论文总结 (41)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
某踏板车车架有限元分析
［ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ｂ ｅ ａ ｒ ｓ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｔ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｏ ｌ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
第５ ２卷 第 ８期
Ｖ０ １ ． ５ ２ Ｎｏ ．８
农 业装 备与车 辆 工程
Ａ Ｇ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｌ Ｔ Ｕ Ｒ ＡＬ Ｅ Ｑ Ｕ Ｉ Ｐ ＭＥ Ｎ Ｔ＆Ｖ Ｅ Ｈ Ｉ Ｃ Ｌ Ｅ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
２ ０ １ ４年 ８ 月
Ａｕ ￣ｓ ｔ ２ ０１ ４
［ Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ ｓ ｃ ｏ ｏ ｔ ｅ ｒ ； ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ； ｉ ｒ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ； ｓ ｒ ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ； ｍ ｏ ｄ ｌ ａ ａ ｎ ｌ ａ ｙ ｓ ｉ ｓ
０ 引 言
车架 作 为摩 托车 的 骨架 ．将 整车 的各 种装 置
ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ，Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｈ ａ ｓ ｓ ｕ ｆ ｉ － ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉｇ ｒ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ． Ｓ ｕ ｃ ｈ ｎａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｌｌ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｏ ａ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ｔ ｈ ｕ ｓ ｅ ｎ ａ ｂ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ａ ｍｅ ．
车架有限元分析范文
车架有限元分析范文车架有限元分析是一种用于计算机辅助设计和优化车架结构的工程分析方法。
通过对车架结构进行适当的离散化处理，将复杂的连续体结构转化为由有限个节点和单元组成的离散系统，然后利用数学和力学原理对这个离散系统进行数值计算和分析。
有限元分析方法首先需要将车架结构进行三维建模。
建模时需要考虑到车架的外形尺寸、材料性质、连接方式等。
然后，将车架模型分割成有限个小的单元，如三角形或四边形单元。
每个单元有一组节点，它们的位置决定了单元的形状和尺寸。
在建立了有限元模型后，需要给单元节点分配适当的约束条件和加载条件，以模拟实际工况下的力学行为。
约束条件可以是固定边界条件或限制位移条件，加载条件可以是施加在车架上的荷载、压力或温度差等。
接下来，有限元分析方法将根据车架模型和加载条件构建一个刚度矩阵。
这个刚度矩阵描述了车架模型在各个节点上的刚度和幅度。
然后，通过计算刚度矩阵和加载条件的乘积，得到车架结构在受到施加的荷载下的应变和应力分布。
通过有限元分析方法，可以获得车架模型在不同工况下的应力、应变、位移等信息。
这些信息可以用来评估车架结构的强度、刚度和稳定性，并指导优化设计过程。
例如，可以在一些应力集中的区域增加材料或调整结构形状，以提高车架的承载能力和刚度。
另外，有限元分析方法还可以用于模拟车架在不同工况下的动态响应。
通过对车架结构进行动态分析，可以评估车架在行驶过程中的振动和冲击响应，并优化车架结构以提高乘坐舒适性和行驶稳定性。
总之，车架有限元分析是一种有效的工程分析方法，能够帮助设计人员评估车架结构的强度、刚度、稳定性和动态响应，从而指导优化设计过程，提高车架的性能和可靠性。
某房车车架有限元分析
根据实际和软件 分析可得 ， 整车各部分 自重如表２ 所示 。
表 ２ 整 车 各 部 分 自重
名 称 重量／ ｋ ｇ
总重 （ 不含成 员、 不 含水）
车 架 自重 （ 软件得 出）
独 悬（ 含 弹簧）
轮 胎 水 箱
２ ． ２ 定义材料 此次车 架 各梁材 料主要 采￣Ｑ ２ ３ ５ 和Ｑ ３ ４ ５ ， 各 材 料 参 数 如
２ ． ４ 。 ２ 应 力 云 图 如图４ 所示 ， 支 撑 独 悬 处 三 根 主 要 的横 梁 与 右 侧 主 纵 梁 接
触处的应力水平较 高， 最 大应 力值约为３ １ ３ ． ８ ＭＰ ａ ： 右 悬架弹簧
元分 析成 为 了必不 可少 的工作 ， 有限 元的模 态 分析可 以得 到
车 架 的动 态 特 性 ， 从而在设计时 避免共振现 象的产生 。 有 限 元 分 析 为 研 发 人 员 提 供 了有 效 的 研 发 辅 助 工 具 ， 使 研 发 工 作 有
据可依 ， 大大提高 了研发水平 ； 也有助于 实现车架研 发设计 制
的 安 全性 。现 以某 企业 某 房车 车 架 为研 究对 象 ， 对 其进 行 了静 力 和模 态分 析 ， 提 出 了改进 方 案 。车架 实体 模 型在 Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ＷＯ Ｒ Ｋ Ｓ 中 装配 ， 然 后通 过 接 口导 入Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 。对 改进 方 案进 行Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ 有 限 元 分析 ， 从 而提 出 了更 加合 理 的解 决方 案 ， 为房 车 的投 产提 供 了理 论依 据 ， 为制
支撑 板与和 其相 焊接 的副纵 梁接触 处应 力水 平也 较高 ， 最 大 应力值约为２ ７ ２ ． ４ ＭＰ ａ 。
液压挖掘机上车架有限元分析
上车架的几何模型划分有限元模型的单元类型 主要选择 X85WW’)壳单元#这种单元类型的有限元模 型比梁单元能更加真实具体地反映车架的应力分布# 而且相对于全实体模型来说易于修改结构#节省计 算时间$壳单元的厚度为薄钢板的实际厚度$ %$!$!! 单 元 数 量 的 控 制 和 网 格 划 分 方 法
图 3! 液 压 挖 掘 机 上 车 架 的 几 何 模 型
考虑到上 车 架 结 构 的 特 点 和 有 限 元 分 析 的 需 要#对上车架 三 维 模 型 抽 取 中 面# 以 方 便 导 入 到 23XTX中使用壳单 元 进 行 有 限 元 分 析$ 抽 取 的 中
面模型如图!所示$
图 4! 液 压 挖 掘 机 上 车 架 抽 取 的 中 面 模 型
图 36! 铲 斗 角 加 速 度 曲 线
通过以上 仿 真 曲 线 可 以 看 到 在 油 缸 动 作 发 生 变化时#各 铰 接 点 处 的 角 速 度 和 角 加 速 度 会 发 生 突变$在作业 周 期 内 动 臂 下 降 到 最 低 点% 动 臂 缸 全缩时#角加速度最大#见图/中的’ 点&斗杆和
动臂%斗杆%铲斗以及动臂油缸%斗杆油缸% 铲斗油缸的质量如表!所示$
图 =! 液 压 挖 掘 机 静 置 工 况 示 意 图
!!" 最 大 挖 掘 深 度 工 况$ 转 斗 挖 掘% 铲 斗 液 压缸发挥最大挖掘力时 !见图/"$
表 4! 工 作 装 置 各 部 件 质 量
部件 名称
动 斗 铲 动臂 斗杆 铲斗 臂 杆 斗 油缸 油缸 油缸
图 >! 最 大 挖 掘 深 度 工 况 示 意 图
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以ANSYS软件为分析工具对从国外引进的某重型车的车架进行了有限元分析、模态分析和以路面谱为输入的随机振动分析，通过用壳单元离散车架及MPC单元模拟铆打传力建立计算模型，研究该车架静、动态性能，了解该车架的优缺点。
车架是汽车的重要组成部分，在汽车整车设计中占据着重要位置，车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。
本文以某汽车公司从欧洲引进的某重型车车架为研究对象，对该车架结构的动、静态特性进行分析计算，消化、吸收欧洲的先进技术并在此基础上进行自主创新设计。
分析手段主要是通过建立正确的有限元分析模型，对车架进行典型工况的静态分析、模态分析和路面不平度引起的随机振动分析，以此了解车架的静态和动态特性，了解该车架的优越性能及其不足之处，为新车架的改型设计提供依据。
1 有限元分析模型的建立该车架为边梁式，由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接或焊接方式将纵梁和横梁联接成坚固的刚性结构，纵梁上有鞍座，其结构如图1所示。
由于车架是由一系列薄壁件组成，有限元模型采用壳单元离散能详细分析车架应力集中问题，可以真实反映车架纵、横梁联接情况，是目前常采用的一种模型。
该车架是多层结构，纵梁断面为槽形，各层间用螺栓或铆钉联接，这种结构与具有连续横截面的车架不同，其力的传递是不连续的。
该车架长7m，宽约0.9 m，包括双层纵梁、横梁、外包梁、背靠梁、鞍座、飞机板、铸铁加强板、发动机安装板、三角支撑板和后轴等部分。
考虑到车架几何模型的复杂性，可在三维CAD软件UG里建立车架的面模型，导人到Hypermesh软件中进行网格划分等前置处理，然后提交到ANSYS解算。
车架各层之间的铆钉联接，可以用Hypermesh-connectors中的bar单元来模拟铆钉联接，对应的是ANSYS的MPC单元，因车架各层间既有拉压应力，又有剪应力，故MPC 的类型应选择Rigid Beam方式。
由于该车是多轴车，为超静定结构，为了得到车架结构的真实应力分布，必须考虑悬挂系统的变形情况。
整个车架结构应力分析的有限元模型由车架有限元模型和悬挂系统等效有限元模型组成，其中纵横梁、加强板等为薄壁结构，以壳单元shell63离散;钢板弹簧、轮胎以弹簧单元模拟;前悬弹赞的模型为在每边纵梁上采用2个弹簧单元，每个弹簧单元通过MPC 与车架联接，后悬弹簧的模型为在每边纵梁上采用1个弹簧单元与车架后轴联接。
离散后，壳单元总数为46 770个，MPC单元为1 338个，材料为欧洲高强度材料，屈服极限500 MPa，杨氏模量为200GPa，泊松比0.3。
2 静力分析2.1边界条件的确定车架通过悬架系统、车轮支承在地面上，当有限元模型将悬架系统与车架组合成整体式计算模型后，边界条件可简化为约束前后悬弹黄单元接地处的自由度，让车架形成一简支梁结构。
根据车辆电测的有关标准fx1和车辆实际运行时的受力情况，车架的静力分析要考虑弯曲工况和弯曲扭转工况。
在弯曲工况中，车架静止平放、满载，故可以将前后悬弹黄底部节点固定，约束所有自由度。
在弯曲扭转工况中，车架静止、满载，其中一个前轮或后轮抬高200mm，故可以将抬高车轮处的弹簧单元底端约束除Z轴向移动之外的所有自由度，再给该处一个沿Z轴正向的200 mm的强迫位移，未抬高车轮处的弹簧单元约束如同弯曲工况。
2.2载荷的简化及加载载荷的简化与施加是否和实际相符或接近直接关系到计算结果的真实性，在进行弯曲和弯曲扭转工况计算时，车架所受载荷一致，主要包括驾驶室的重力、发动机的重力、鞍座所受压力和牵引力，以及车架自重。
该车的驾驶室总重800 kg，按其位置沿纵梁施加均布载荷;发动机重量为800 kg，将其均布在支承发动机的四块支承板上;鞍座允许最大承载能力为24 602 kg ,考虑到车辆制动时产生的载荷转移，在鞍座上施加25 000 kg的压力载荷;该车允许拖挂的总重为70 000kg，形成的牵引力通过挂钩作用在鞍座上，方向是沿X轴向后，可以简化为作用在鞍座上与承载压力在同一位置的X向均布载荷;车架自重力以密度和重力加速度的方式施加。
2.3静态计算结果与分析2.3.1弯曲工况的计算结果与分析弯曲工况的应力分布如图2、图3所示，单位为:MPa。
车架在弯曲工况时，总体应力不大，高应力区集中在纵粱的靠背梁、第三横梁和外包粱所在位置处，最大应力不超过200 MYa，远小于该车架材料的屈服极限500 MPa。
相对而言，受力较大处在鞍座部位，应力相对较大，但仍没有超过车架的抗拉强度。
弯曲工况下，第二、第三横梁焊缝周围的应力值较小。
2.3.2弯曲扭转工况的计算结果弯曲扭转工况以右后轮抬高200 mm为例，其应力分布如图4、图5所示，单位为:MPa.车架在右后轮抬高的弯曲扭转工况时，高应力区集中在车架纵粱的第三横梁附近及后轴位置上的加强板处，其值不超过330 MPa。
焊接部位的高应力区也在第三横梁上，焊接处应力最大值不超过250 MPa，说明在这种焊接结构下，焊接性能优良，焊缝结构值得借鉴，横梁设计合理，可以用于改进其它车型的车架横梁结构。
由以上两种典型工况计算可知，该车架的结构设计合理，大部分部位应力远小于车架材料的屈服极限，性能稳定，焊接性能优良。
3 动态性能分析车架可看成一个多自由度弹性振动系统。
作用于这个系统的各种激振力就是使车架产生复杂振动的动力源。
可分为两类:一是汽车行驶时路面不平度对车轮作用的随机激振;二是发动机运转时，工作冲程燃烧爆发压力和活塞往复惯性力引起的简谐激振。
如果这些激励力的激振频率和车架的某一固有频率相吻合时，就会产生共振，导致车架某些部位产生数值很大的共振载荷，造成车架的破坏。
路面不平度对车架作用的随机激振属于低周激振，对车架的疲劳破坏不容忽视。
3.1模态分析模态分析是研究结构动态性能的基础。
设车架已按某种方式离散化，根据达朗伯原理:式中[M]为质量矩阵，{x(t)}为广义坐标的列阵，[K]为与{x(t)}相对应的刚度矩阵，{x(t)}为加速度列阵。
由于弹性体的自由振动总可以分解为一系列的简谐振动的叠加，因此可以设式(1)的解为:式中{g}是位移{x(t)}的振幅列向量，它与时间t无关，W是固有频率，将式(2)代入式(1)并消去，sinwt因子，得:求解方程(3)的广义特征值Wi2和广义特征向量{g}即可求得振动的固有频率。
和相应的振型{g}。
模态计算该车架的自由振型，即取消所有约束条件、承载情况和前后悬弹簧的作用，在ANSYS中用Block Lanczos法提取自由振动时的前15阶固有频率，由于刚体位移，前6阶的频率为零，其余各阶频率如表1。
从模态分析可知，车架固有振型分为两类:一类是车架的整体振动，另一类是以车架一个或几个部分振动为主的局部振动。
7到15阶模态频率分布在8-36 Hz范围内，且以整体振动为主的模态振型较多，其中第7.15阶振型属于扭转振型，第8、10、12、13阶振型属于弯曲振型，第12、15阶伴随有车架的局部振动，第9、11、14阶振型为局部振动，主要集中在鞍座和外包梁两个位置。
模态分析结果表明该车架刚度较好。
3.2随机振动分析随机振动是指机械(结构)系统对外加随机激励的动态响应。
汽车行驶在凹凸不平的路面上产生的振动是典型的随机振动，研究车架在路面随机激励下的响应可以了解共振频率和动应力突变情况，对研究车架结构的疲劳强度具有很实际的意义。
可以通过施加路面功率谱密度的方式来激励车架。
功率谱密度描述了随机变量总均方值在频率域上的分布情况，是单位频带上振动功率的度量。
路面的功率谱密度S。
通常是路面空间频率月的函数。
设车辆以匀速，在二向路面行驶，路面波长为λ, Sg(Ω)为路面功率谱密度;Rg(x)为路面高h(x)的自相关函数，定义为Rg(X)=E[h(x)h(x+x")]，其中x为行车方向，x"为沿行车方向的相对位移;Rg(T)为行车中时间自相关函数;时间频率为f,则式中,i为虚数单位。
可见路面功率谱密度与车速有关。
根据我国路面情况，由文献可知，路面功率谱密度可以表示为:式中no—参考空间频率Gq(no)—参考空间频率no下的路面谱值u—车速f—输入的时间频率将式(4)分别对时间求一阶导数和二阶导数则得时间频率下的不平度垂直速度的谱密度Gq(f)(单位:m2/s)和加速度谱密度Gq(f)(单位:m2/s3)与位移密度的关系：据统计，我国路面的空间频率n在0.011~2.83(1/m)范围，在常用车速10-30 m/s，即36-108 km/h时，可以保证时间在频率范围f=0.33-28.3 Hz内。
这个频率范围能把悬挂(车身)质量部分的固有频率11~16Hz和非悬挂(车轮)质量部分的固有频率I1-16Hz有效地覆盖在内。
按此频率范围，代人(1)、(2)、(3)式计算，作为有限元计算的输入。
车架在凹凸不平的路面上行驶时，它的各个车轮所受的路面激励不完全相同，为了简化计算，将各个车轮所受的激励简化为同一个，即各个车轮的功率谱密度都相同。
本文的功率谱密度是以车辆行驶在C级路面、时速45 km时的结果，利用ANSYS的谱分析功能进行车架的随机振动分析，采用的算法是模态叠加法。
图6至图9是车架典型部位在功率谱密度作用下的应力随频率变化的曲线。
从车架典型部位的应力随频率变化的曲线可知，车架大多数部位，在频率为5Hz和8Hz时，应力会发生突变，主要是因为车架的第七阶固有频率为8. 7392Hz，车架系统在路面不平度的作用下发生共振。
由于路面不平度的激励频率大都集中在0-20 Hz之间，与车架固有频率祸合引起的共振属于低频共振，低频共振对车架振动的影响远远大于高频共振。
引起车架乘坐舒适性的下降，此外，虽然车架的动应力不大，但突变严重，有可能成为车架疲劳破坏的原因之一。
4 结束语本文通过有限元分析的方法，对引进车车架结构进行静力和动态性能分析，掌握其内在性能，达到消化、吸收国外先进技术并在此基础上进行自主创新设计的目的，该车架横梁的结构及其焊接方式已成功运用于新产品的设计开发之中。
（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。
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