汽车车架简化模型有限元分析

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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。

车架的有限元分析及优化

车架的有限元分析及优化作者：马迅盛…文章来源：湖北汽车工业学院点击数：1687 更新时间：2008-8-5有限元法将设计人员丰富的实践经验与计算机高速精确的计算完美地结合在一起，大大提高了设计计算精度，缩短了产品开发时间。

概念设计阶段车架的结构方案参考某一同类型车架，考虑到车身安装和其他总成的布置，将概念设计阶段的车架大致结构拟定如下：选用框架式平行梯形车架结构，由2根左右分开的纵梁和8根横梁组成，全长6.3m，宽0.8m，轴距3.65m。

各梁的大致形状尺寸及板材厚度如表1所示。

除第3、4根横梁外，其他各横梁的尺寸与参考的同类型车架几乎相同。

由于参考车架的第3、4根横梁为上下两片形状复杂的钢板组合而成，无法用梁单元模拟，在概念车架中将之改用两根方型截面的等直梁代替。

第1、6横梁为非等截面梁，其宽和高分别由两个尺寸表示。

参考车架纵梁的前后两段和中间段的连接采用的是线性渐变的截面，在概念车架中用一等直梁来代替，等直梁的高度等于渐变梁的中间高度。

纵横梁上所有的孔及连接板都不予以考虑。

车架的有限元模型为了后续的优化设计，必须对车架进行参数化建模。

选择表1中车架纵横梁的截面尺寸为模型参数，先建立左半个车架的几何模型，选用ANSYS中的二节点12自由度梁单元BEAM188号单元采用不同的梁单元截面形式对其进行网格剖分；再将左边的几何模型和网格模型进行映射得到右边车架模型，最终合并对称面上的节点使左右车架模型“牢固的”“粘结起来”。

在ANSYS中用BEAM188单元实施网格剖分时，为了保证单元的正确方向，应事先定义该单元的方向点并检查所要剖分的线的法向。

单元截面形状和偏置量需用命令SECTYPE、SECOFFSET和SECDATA设定。

单元总数为312，节点总数为626。

网格剖分并映射后车架模型如图1所示。

图中显示出了梁单元的截面形状。

图1 车架的有限元模型边界条件车架刚度有多种，其中最重要的是车架的弯曲刚度和扭转刚度。

重型载货汽车车架结构的有限元仿真及优化

优化方案
优化方案
根据有限元仿真结果，针对重型载货汽车车架结构的薄弱环节和潜在问题，提出以下优化方案：
优化方案
1、结构改进：对车架结构进行优化设计，减少不必要的焊接部位，增加结构强度。例如，采用局部加强板或增加加强筋等方式对车架关键部位进行加固。
优化方案
2、材料替换：采用高强度材料替代传统钢材，如铝合金、高强度钢等，以减轻车架重量，提高抗疲劳性能。
优化方案
3、尺寸调整：通过对车架结构的关键部位进行尺寸调整，优化结构布局，提高承载能力。例如，调整横梁和纵梁的长度、宽度和高度等参数，以改善车架的抗弯和抗扭性能。
优化方案
4、增加附件：如加强板、减震器等附件，提高车架的抗载荷能力和减震效果。
优化效果
优化效果
实施上述优化方案后，重型载货汽车车架结构的效果显著。以下是优化效果的几个方面：
结论
结论
本次演示通过对重型载货汽车车架进行有限元分析，了解了车架的应力、应变分布情况，并提出了优化建议。这些建议对于提高车架的承载能力和稳定性具有重要意义。在实践中，可以根据具体需求和条件，综合考虑选择适合的优化措施。有限元分析作为一种有效的数值模拟方法，可以为重型载货汽车车架的设计和优化提供重要参考。
1、结构强度提高：通过结构改进和材料替换，车架的强度得到了显著提高，能够有效应对各种复杂工况下的载荷。
优化效果
2、重量减轻：采用高强度材料和尺寸调整，车架重量得到了显著减轻，从而提高整车的燃油经济性。
优化效果
3、疲劳性能改善：优化后的车架结构具有更好的抗疲劳性能，减少了车辆在使用过程中的断裂等现象。
Байду номын сангаас
参考内容
引言

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 (1)1.1汽车车架介绍 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3研究意义及目的 (3)第2章软件介绍 (5)2.1 UG简介 (5)2.1.1 UG发展综述 (5)2.1.2 UG软件的优势 (5)2.2 ANSYS简介 (6)2.2.1有限元软件ANSYS发展综述 (6)2.2.2 ANSYS的技术特点 (6)2.2.3 ANSYS的功能 (7)第3章车架的建模 (9)3.1车架结构的简化 (9)3.2实体车架模型的建立 (9)第4章车架的有限元分析 (13)4.1 静力分析基础 (13)4.2车架静力学分析模型的建立 (14)4.3 悬架的模拟 (18)4.4 载荷的处理 (19)4.5车架静力分析工况及约束处理 (20)4.5.1 满载弯曲工况分析 (21)4.5.2 满载扭转工况分析 (26)4.5.3 满载制动工况分析 (29)4．5.4满载转弯工况分析 (30)第5章传统车架计算方法与有限元法比较 (33)第6章论文总结 (37)致谢........................................................ 错误!未定义书签。

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。

中型载货汽车车架有限元静力学分析

摘要汽车车架作为汽车关键的承载部件，它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体，承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，而且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因此设计出重量轻且各方面性能达到要求的车架结构是一项重要工作。

传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计，车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面：一是车架简化计算精度不够，为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全，造成设计出的车架结构过重，增加了设计成本；二是造成车架的设计与计算分离，不利于提高车架设计人员的设计水平。

设计出的车架结构除了个别部位的应力水平比较高外，大部分部位的应力水平较低。

因此，有必要采用有限元法对车架结构进行优化设计，以降低车架的重量，减少汽车的制造成本，提高市场竞争力。

本文以解放J4R中型载货汽车车架为研究对象，在现有CAD图纸的情况下进行简化，通过对ANSYS软件的学习，以Pro/E软件创建车架实体模型，对车架的静力以及模态进行了分析。

得到一些有益的结论，并掌握了一般静力分析中的网格划分、约束加载、分析求解等过程进行了认真的学习，为车架的设计和改进提供了指导作用。

关键词：中型载货汽车；车架；ANSYS；静力分析；模态分析ABSTRACTAs an important component, frame carrying the whole vehicle, such as assembly, take the engine and body together into an organic whole,endure the loads from the road and many kind of complex loads, and many important assemblys are based on frame,use the frame as a vector. So design a lightweight and all aspects of performance to meet the requirements of the frame structure is an important work. The frame structure of traditional design is the idea of experience with analog design, this methed caused two problems: First, simplify the calculation accuracy of the frame is not enough to ensure the strength and stiffness requirements of leaving the frame design is too safe, resulting the frame structure designed overweight. Second is caused by separation of design and calculation of the frame, the frame is not conducive to raising the level of the designer's design. In addition to the frame structure designed for individual parts of the stress level is relatively high, most parts of the stress level low. Therefore, it is necessary to use finite element method to optimize the design of the frame structure to reduce the chassis weight, reduce vehicle manufacturing costs, improve market competitiveness.In this paper, use FAW J4R medium truck frame for the study, in study of ANSYS software ,and use Pro / E software to create solid models of the static frame and the mode were analyzed. Get some useful conclusions, and mastery of the general process of static analysis for improved frame design and provide guidance.Key words: MediumTruck ;Frame;ANSYS;Static Analysis;Modal Analysis目录摘要 (I)A bstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的背景 (1)1.2 选题的目的 (1)1.3 选题的意义 (1)1.4 研究现状 (2)1.5 课题主要内容 (4)第2章有限元基础及ANSYS软件介绍 (5)2.1 有限元分析简介 (5)2.2 有限元方法的基本求解过程 (6)2.3 有限元分析的误差及建模准则 (7)2.4有限元分析软件ANSYS简介 (9)2.4.1 ANSYS的发展概述 (9)2.4.2 典型的ANSYS分析过程 (10)2.4.3 ANSYS的主要功能 (11)2.4.4 ANSYS的主要特点 (12)2.4.4 ANSYS软件提供的分析类型 (13)2.5 本章小结 (14)第3章车架有限元模型的建立 (15)3.1 车架的实体建模 (15)3.1.1 Pro/E软件简介 (15)3.1.2 Pro/E软件基本功能 (16)3.1.3 几何建模的简化 (16)3.2 应用Pro/E软件三维几何模型的建立 (18)3.3 应用ANSYS软件对车架模型进行网格划分 (19)3.4 实体单元Solid 45的简介 (21)3.5 本章小结 (24)第4章车架有限元的静力级模态分析 (25)4.1 车架静力分析 (25)4.1.1 车架受力情况 (25)4.1.2车架结构静力分析及约束处理 (26)4.2 车架模态分析 (33)4.2.1 结构动力性能分析方程 (34)4.2.2 车架结构模态分析 (34)4.2.3 分析结果 (41)4.3 本章小结 (41)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录 (45)第1章绪论1.1 选题的背景车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体，承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，而且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因此设计出重量轻且各方面性能达到要求的车架结构是一项重要工作。

汽车底盘车架设计中的有限元分析技术应用

汽车底盘车架设计中的有限元分析技术应用对于汽车制造商和设计师来说，设计一款坚固、耐用且安全的底盘车架是至关重要的。

在现代汽车设计过程中，有限元分析技术（Finite Element Analysis, FEA）被广泛应用于底盘车架设计中，以保证其结构的可靠性和性能。

本文将探讨有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用，并介绍其在结构优化、材料选择和碰撞安全等方面的重要作用。

有限元分析技术是一种计算求解结构力学问题的数值分析方法，通过将底盘车架分割成有限个小单元（有限元），借助计算机进行离散化求解，从而得到车架在外力作用下的应力、应变、位移等力学响应。

这一计算模型可以准确描述车架的力学特性，并预测其结构行为。

首先，有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用之一是结构优化。

通过对车架的有限元模型进行各种负载条件和约束条件的分析，设计师可以确定哪些局部区域受到最大的应力，从而确定哪些地方需要加强或重新设计。

例如，在汽车底盘车架的连接点和受力集中的区域，可以使用有限元分析来评估应力分布情况，以确保其强度和刚度满足设计要求。

此外，有限元分析还可以帮助设计师优化车架的减重设计，在保证结构安全性和刚度的前提下最大限度地降低车重，提高燃油经济性。

其次，有限元分析技术在材料选择方面也发挥着重要作用。

通过在有限元模型中引入不同材料的特性参数，设计师可以比较不同材料组合的效果，选取最佳材料以满足设计要求。

例如，比较不同材料的强度、刚度、耐腐蚀性等特性，以在保证结构安全性的前提下选择最轻最强的材料。

这种材料选择的优化可以有效地提高整个车架的性能，并且在节约成本的同时提高车辆的可靠性和可维护性。

最后，有限元分析技术在碰撞安全方面也具有重要意义。

通过对车架在碰撞事故时的有限元分析，设计师可以模拟和预测车辆受到冲击后的结构变形、应力分布和吸能能力等。

这对于汽车碰撞安全的设计和评估非常重要。

通过有限元分析的结果，设计师可以根据不同碰撞力的作用方式，合理设计车架吸能结构，以保护车辆内部乘客的安全。

汽车车架的有限元分析毕业设计论文

汽车车架的有限元分析院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级学号姓名指导教师负责教师沈阳航空航天大学2013年6月摘要车架是汽车上重要的承载部件，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计。

传统的设计方法已经无法满足现代汽车设计的要求，通过有限元法对车架结构进行性能分析，并对车架结构进行优化，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。

本文的重点是：以有限元静态分析、动态分析为基础，完成了从车架三维建模到有限元分析的整个过程，得出了车架在典型工况下的应力分布和变形结果及它在自由约束状态下的前20阶固有频率和振型。

关键词：车架；ANSYS；静力分析；模态分析；AbstractThe frame is an important part which bears the weigh of whole car, the quality of the structural performance of the frame is relate to the car which is designed. The traditional design method has not been the request of designing in modern car Through the finite element method, we carry on the analysis of performance to the frame structure and optimize the frame structure, It is important to improve various performance of the completed car, decrease the design of cost, strengthen the competitiveness of market .The main idea of the article :Based on static analysis of finite element, modal analysis, we have finished the whole course that is analyzed from three-dimensional modeling of the frame to finite element .Then we have obtained the stress of the frame under the typical operating mode and is distributed in the first 20 steps of natural frequency and shaking type that restrain from under the state freely with result and it out of shape .Key words：Frame；ANSYS；Static Analysis；Modal Analysis；目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2论文选题的意义 (1)1.3有限元法在车架结构设计中的应用现状 (2)1.3.1车架结构设计与分析的概述 (2)1.3.2车架结构有限元模型的形式 (2)1.3.3车架结构有限元分析类型 (3)1.3.4有限元法在车架结构分析中存在的问题 (4)1.4本文的主要研究内容 (4)2车架三维模型的建立 (5)2.1CATIA软件的简介 (5)2.1.1关于CATIA (5)2.1.2关于CATIA V5 (5)2.1.3CATIA的主要功能模块 (6)2.2车架草图的绘制 (7)2.3车架零件图的绘制 (8)3车架有限元模型的建立 (10)3.1ANSYS软件的介绍 (10)3.1.1ANSYS的发展概述 (10)3.1.2ANSYS的主要特点 (10)3.1.3ANSYS的主要功能 (11)3.1.4ANSYS的结构分析文件 (11)3.1.5ANSYS单元库构成体系 (11)3.1.6ANSYS中的耦合与约束方程 (12)3.1.7ANSYS求解器简介 (12)3.2车架有限元计算模型的建立 (13)3.3悬架模型的建立 (16)4.1车架设计中应用的有限元法 (19)4.1.1车架设计分析概述 (19)4.1.2有限元法在汽车车架设计分析中的应用 (20)4.2汽车车架的静力分析 (20)4.2.1汽车车架静力分析的典型工况 (20)4.2.2载荷加载的处理 (21)4.2.3车架静力分析过程 (22)4.2.4车架结构静力分析结果 (26)4.2.5车架结构静力分析结果评价 (27)4.3车架结构模态分析过程 (27)总结 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1绪论计算机的出现给社会带来了巨大的改变，同时也为工程结构的设计、制造提供了强有力的工具。

轿车副车架模态试验及有限元分析

１２测试及模态参数提取．的传感器为压电晶体加速度传感器，方向各测一次）进行采集，最后集中处理。本试验中使用的数据采集和分
的作用，阻隔并减少这些振动与噪声第一阶固有频率（有限元计算为６８．
动态特性对于研究整车的疲劳特性以及：
ＮＶＨ性能有重要作用… 。目前，对于部件的模态分析包括段。对构件进行模态试验的方法具有可信性高的特点，但是在研究开发过程中如需多次试验，则必须每次都加工出样品，耗时长，过程复杂，而
由于进行模态试验时，没有将与验结果在模态频率上，相对误差的均车架连接处的４个衬套取下，因此这方根值 ≤５％，且误差大的都偏向于较所影响。所以，为了增加试验结果与有振力在现实情况下不多。此外，各阶模部分进行修改。以ＭＰＣ单元模拟衬的计算结果是准确的，即有限元模型具
有限元仿真以其简单、快捷的特点越来越受歼发者的青睐，但是由于建模
过程中对一些约束和连接的等效以及结构的简化处理，使得一些特征被忽略，从而使仿真的结果出现相应的误差。因此，将这两种方法结合使用，
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映试件整体结构振动特性的原则下进行
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且成本高，不利于缩短开发周期。而
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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
２１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
５ｍ０ｍ。材料属性中的密度为７０ｋ／、泊松比为８０ｇｍ，
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２６ｌＰ。车架有限元模型如图１３．ｅａ０１
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１１Ｐ４Ｍａ最大位移３５ｍ．ｍ２

基于ANSYS的车架有限元分析

基于ANSYS的车架有限元分析
引言
车架是一种重要的构件，它用来支撑一辆车，它们必须具备足够的韧
性和刚度，以确保车辆的安全性。

因此，在考虑车架设计的时候，必须利
用先进的数值模型对车架进行有限元分析，以确保车架的性能和可靠性。

为此，本文将使用ANSYS有限元分析软件对型车架进行有限元分析，并从
分析结果中了解车架的性能和可靠性。

1、模型建立
使用ANSYS有限元分析模型的建立首先需要确定车架的几何尺寸参数，然后将其输入到ANSYS中，车架结构可在ANSYS中以2D或3D视图建模。

在建立了车架结构的几何模型后，需要将物理属性（如模态、力学和热力等）对应地赋予车架结构。

在建立了车架结构模型后，就可以进行有限元分析了，如支撑车架的
车轮的受力分析，悬架系统的反力分析，车辆车架动态分析等。

利用ANSYS有限元分析可以模拟并计算车架结构在多种复杂工况下的振动特性，从而获取车架的实际性能。

3、有限元结果分析
使用ANSYS有限元分析可以实现对车架结构的力学、模态和热特性的
仿真建模与分析，利用它可以快速准确地研究车架结构的强度和稳定性。

汽车车架简化模型有限元分析

汽车典型零部件简化模型有限元分析任务1：连杆简化模型的有限元分析1. 分析任务：对图一所示的连杆的二维简化模型进行有限元分析，确定该设计是否满足结构的强度要求；若强度不够，修改设计直至最大应力减小至材料允许的范围内。

在修改结构时，注意不可改变连杆小头衬套的内径和连杆大头的内径，也不可改变连杆各处的厚度和材料。

2. 分析所需数据：a．连杆采用两种材料，连杆本体用的是40Cr结构钢，左侧小头中的衬套用的是铜。

b．连杆杆身和大头的厚度为1.5mm，小头的厚度为3.0mm。

注意在杆身和小头的过渡处有R2.0的过渡圆角；c．连杆结构的其它尺寸如图二所示；d．施加在大、小头内壁上的边界条件用于模拟连杆与曲轴及活塞销的连接。

假定载荷分布在小头夹角为90º的内壁上，且为锥状分布；约束施加在连杆大头夹角为90º的内壁上；e．40Cr材料的弹性模量：210GPa；泊松比：0.3；屈服极限为：850MPa，设计安全系数为6；铜的弹性模量：120GPa，泊松比：0.33；屈服极限为：250MPa；设计安全系数为4。

3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：a．单元类型的选择；单元的尺寸控制；b．不同厚度和材料的二维实体建模；c．工作平面的灵活应用；d．按载荷和约束的要求分割线和面；e．模型参数（材料，实常数，单元类型号等）f．粘结、合并等布尔运算操作g．局部坐标系，旋转节点坐标系；h．线性分布载荷的施加；i．单元网格误差估计；j．Ansys 命令日志文件及其在修改设计中的应用；k．多窗口显示的功能4. 分析报告内容的基本要求：a.对分析任务的描述；列出分析所需数据：b.利用多窗口显示的功能绘出连杆的实体模型和网格模型，在模型上能反映出连杆各部位材料、厚度的不同；c.绘图反映连杆的边界条件；d.绘出对连杆原设计进行有限元分析后得到的变形图和应力等值线图；e.图示SEPC和SERR并说明有限元分析的建模误差；f.详细说明对不符合设计要求的结构所作的设计修改；及最终符合设计要求的计算结果；g.在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）及解决的办法；h.整理命令日志文件，并在每个语句后添加说明（说明该语句的功能，说明前要加！号）。

轻型载货汽车车架有限元静力学分析

摘要汽车车架作为汽车总成重要的一部分，车辆受到来自道路和装载的各种复杂载荷最终都会传递给车架，并且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。

因此，车架结构性能的好坏关乎这整车设计的成败。

若用传统经典力学方法计算，结果失真太大；而用试验法进行测试，成本高，周期长。

为此本文采用了有限元分析技术，来实现车架结构设计合理化和轻量化的目的从而大大减少设计费用，缩短设计周期，同时提高设计工作的效率。

因为，ANSYS在对实体模型分析上具有强大的功能，在结构静力学分析以及优化设计方面相比很多其他软件拥有十分明显的优越性。

本文利用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS对某轻型载货汽车车架进行了Pro/E建模和ANSYS分析。

通过对Pro/E和ANSYS软件的的了解和学习，采用Pro/E实体建模，导入ANSYS 进行网格划分，应力加载，求解得出经动态分析结果，得出结论，之后可根据需要对已设计的实体单元为基础的车架结构进行拓扑优化模型和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下为优化目标，对车架纵梁截面尺寸进行优化并分析优化结果。

通过对初步设计出的轻型车架结构的实体建模及有限元分析，得到一些对车架设计有所帮助的结论，为今后车架的设计工作提供一定的指导作用。

关键词：轻型货车车架；三维建模；载荷；有限元静力学分析；模态分析ABSTRACTAutomobile frame, as an important part of the vehicle, the vehicle being loaded from the road and the complex will eventually be passed to the load frame, and the car is the frame number of important general in Chengdu as the carrier, and thus the strength and the framestiffness of the overall design of the car plays a very important role.Therefore, the performance is good or bad frame structure about the success of this vehicle design.If the traditional method of classical mechanics, the result is too large distortion; and tested using test method, high cost and long period.To this end this paper, the finite element analysis, design of the frame structure to achieve the purpose of rationalization and lightweight thus reducing design costs and shorten design cycles, while improving the efficiency of design work.Because, ANSYS solid model in the analysis of powerful features in the structure of static analysis and design optimization software, compared with many other obvious advantages.In this paper, three-dimensional modeling software Pro / E and the finite element analysis software ANSYS, a light truck chassis is a Pro / E modeling and ANSYS.On Pro / E and ANSYS software, understanding and learning, the use of Pro / E solid modeling, meshing into ANSYS, the stress load, obtained by solving the dynamic analysis of the results, draw conclusions, and then as needed for. The solid element has been designed based on the topology optimization of frame structure model and the size of a simple optimization model to frame the longitudinal cross-section dimensions of design variables, the total volume of the frame structure to optimize the next goal, on the framelongitudinal section size optimization and analysis of optimization results.The preliminary design by a light frame structure of solid modeling and finite element analysis, get some help on the conclusions of the frame design, frame design for the future to provide some guidance.Key words：Frame of track; Three-dimensional modeling; loads; Finite element static analysis; Modal analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 研究目的和意义 (1)1.2 车架国内外研究现状 (2)1.3 主要设计内容 (4)1.4 拟解决的主要问题 (5)第2章轻型货车的车架设计 (6)2.1 车架的概述 (6)2.1.1 车架的设计要求 (6)2.1.2 车架的结构型式 (6)2.1.3 纵梁、横梁及其联接 (10)2.1.4 车架的制造工艺及材料 (11)2.2 车架的结构设计 (12)2.2.1 车架设计参考 (12)2.2.2 车架参数的确定 (13)2.2.3 车架的弯矩及弯曲应力计算 (14)2.2.4 车架的挠度计算 (17)2.3 本章小结 (19)第3章车架三维模型的建立 (20)3.1 Pro/E软件介绍 (20)3.2 三维模型的建立 (21)3.3 本章小结 (25)第4章车架有限元分析 (26)4.1 ANSYS的特点 (25)4.2 ANSYS的基本组成和功能 (26)4.3 Pro/E与ANSYS接口的创建 (29)4.4 车架有限元的静力分析 (30)4.4.1 三维实体模型的网格划分 (31)4.4.2 施加约束条件 (32)4.4.3 车架4种工况分析 (33)4.5 车架有限元的模态分析 (42)4.6 本章小结 (48)结论 (49)参考文献 (50)致谢 (51)附录 (52)附录A 外文文献 (52)附录B 外文文献翻译 (58)附录C ANSYS分析程序命令流 (63)附C1 车架4工况分析前准备程序 (63)附C2 车架弯曲工况ANSYS分析程序 (70)附C3 车架扭转工况ANSYS分析程序 (75)附C4 车架急刹车工况ANSYS分析程序 (79)附C5 车架转弯工况ANSYS分析程序 (85)附C6 车架模态分析程序 (90)第1章绪论1.1 研究目的和意义在汽车制造市场竞争日益激烈的今天，汽车制造技术越来越先进，作为载货车主要承载结构的车架，它们的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能，如动力性、经济性、操纵稳定性。

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

车架有限元分析摘要车架是车辆的重要组成部分之一，是整个汽车的基体，承受着车辆所传递的包括来自路面与发动机的振动激励等车辆总成部件的多种复杂载荷。

因此，车架的优劣直接会影响到整个汽车性能的好坏，对其进行必要的研究和数据分析也就显得分外重要了。

而随着科学技术的进步，数据时代的到来，为车架的分析也带来了新的技术变化。

本文主要以有限元分析为主体，运用ANSYS软件对某车型的车架进行数据分析，施加适当的约束和载荷，校核该车架的强度和刚度，查看该车架的强、刚度能否满足要求。

在建模与数据分析阶段，分别运用两种不同的软件进行。

首先运用PRO/E[1]软件进行三维几何实体建模，然后运用ANSYS软件进行数据分析。

主要内容有：（1）选用某车型的小型汽车的车架，寻找和测量其主要的车型参数。

（2）运用PRO/E软件绘制该车架的三维模型。

（3）将PRO/E软件中的三维模型数据导入到需要进行数据分析的ANSYS软件中。

（4）运用ANSYS软件的有限元分析对该车架进行几何清理、网格划分、静态分析。

（5）分析得出结论，查看是否满足要求。

准备工作：因为要运用PRO/E软件建模和ANSYS软件进行有限元数据分析，所以PRO/E的建模方法、有限元理论及分析方法、ANSYS使用方法、PRO/E与ANSYS软件的无缝连接等都需要进行必要的技术掌握。

关键词：车架；PRO/E；有限元分析；ANSYS；静态分析Frame finite element analysisAbstractFrame is one of the important part of vehicle, is the base of the car, under the vehicle passing by including vibration excitation from road and engine components such as vehicle assembly of a variety of complex load. As a result, the merits of the frame will directly affect the entire car performance is good or bad, the necessary research and data analysis also appears particularly important. But with the progress of science and technology, the arrival of the age of the data, the analysis for the frame also brings new technology changes.In this paper, finite element analysis for the main, using ANSYS software for a certain kechuang frame for data analysis in project, applying the appropriate constraints and load, check the strength and stiffness of the frame, see the strong, the stiffness of the frame can meet the requirements.In modeling and data analysis phase, respectively using two different types of software. First using PRO/E software for 3 d geometry entity model, and then using ANSYS software for data analysis. The main contents are:(1) choose a kechuang small car frame of the project, to find and measuring of the models of its main parameters.(2) using PRO/E software rendering 3 d model of the frame.(3) the PRO/E software in the 3 d model data is imported into the need for data analysis in the ANSYS software.(4) using ANSYS software of finite element analysis of the frame geometry cleanup, meshing, static analysis.(5) the analysis conclusion, see whether meet the requirements.Preparation: because of using PRO/E software modeling and ANSYS software for finite element analysis of data, so the modeling method, the finite element theory and analysis method of PRO/E, ANSYS using method, using PRO/E seamless connection with ANSYS software and so on all need to master the necessary technology.Key words: frame; PRO/E; The finite element analysis; ANSYS; Static analysis目录第一章引言...............................................................................................................................................- 1 -1.1车架介绍......................................................................................................................................- 1 -1.2有限元分析法在车架中的研究应用以及研究现状 ..................................................................- 3 -1.3课题研究的意义和目的..............................................................................................................- 3 -1.4主要研究内容..............................................................................................................................- 4 - 第二章有限元分析软件介绍...................................................................................................................- 4 -2.1PRO/E简介....................................................................................................................................- 4 -2.1.1PRO/E主要特性................................................................................................................- 4 -2.2ANSYS简介....................................................................................................................................- 5 -2.2.1ANSYS技术种类................................................................................................................- 6 -2.2.2软件优势..........................................................................................................................- 6 -2.2.3ANSYS功能........................................................................................................................- 7 - 第三章车架有限元建模...........................................................................................................................- 8 -3.1 车架简化形式的建模................................................................................................................- 8 -3.2建立有限元车架模型..................................................................................................................- 9 - 第四章有限元分析.................................................................................................................................- 10 -4.1静力分析....................................................................................................................................- 10 -4.1.1静力分析基础................................................................................................................ - 11 -4.1.2建立车架静力学分析模型............................................................................................- 12 -4.1.3对导入到ANSYS后的车架模型进行网格划分 ............................................................- 12 -4.2载荷的处理................................................................................................................................- 15 -4.3悬架与部件连接的模拟............................................................................................................- 16 -4.3.1悬架的处理....................................................................................................................- 16 -4.3.2部件连接及相互作用的模拟 ........................................................................................- 17 -4.4静力分析工况及约束处理........................................................................................................- 17 -4.4.1满载弯曲工况加载........................................................................................................- 17 -4.4.2满载制动工况分析........................................................................................................- 23 -4.4.3满载转弯工况分析........................................................................................................- 25 - 第五章结束语.........................................................................................................................................- 27 - 附录.........................................................................................................................................................- 29 - 参考文献...................................................................................................................................................- 46 - 致谢.........................................................................................................................................................- 47 -引言- 1 -第一章引言1.1车架介绍车架也称大梁，是汽车的基体，一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。

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．

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。