汽车结构有限元分析单元类型及单元分析
基于ANSYS的车架有限元分析报告
汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
第三讲 有限元分析过程及例题讲解
→
Q2
Ke 23
→
K25
注意要用累加运算！
K25
=
K25
+
Ke 23
累加前总刚要清零！
长安大学汽车学院车辆工程系 王童
⎡ K11 K12
⎢ ⎢
K21
K22
⎢ K31 K32
⎢ ⎢
K41
K42
⎢ ⎢ ⎢
K51 K61
K52 K62
⎢ ⎢ ⎣
K71 K81
K72 K82
Tel：17792594186
K13 K14 K15 K16 K17 K18 ⎤
Ve
Ve
Ve
令： {Pbe}= ∫∫∫ [N ]T {Fb}⋅ dV 称单元等效体力载荷向量 Ve
{ } { } 单元体力虚功可以表示为： Wbe = Qe T Pbe
2）表面力虚功
W
e s
=
∫∫
{u}T {Fs }⋅ dA
=
∫∫
{Q e }T
[N ]T {Fs }⋅ dA
=
{Q e }T
∫∫
[N
]T {Fs }⋅ dA
y
Q6
③
Q5
3
4
Q7
①
Q2
②
④
Q4
1
Q1
2
Q3
x
长安大学汽车学院车辆工程系 王童 Tel：17792594186 Email：wangtong@
以单元①为例
①
Qe 2
Qe 1
Qe 4
Qe 3
⎧Q1e → Q1
局部自由度与整体自由 度的对应关系为
⎪⎪⎪⎨QQ32ee
→ →
车架有限元分析
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。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计【汽车车身结构与设计】
在车身有限元分析中需注意以下几个问题 ：
1）复杂曲面网格的划分 2）边界条件的设 有限元法在车身结构分析中的应用
汽车结构有限元分析的应用主要涉及以下内容 ： （1）可靠性:在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、
强度、稳定性以及疲劳寿命进行分析； （2）安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等； （3）经济性：研究结构优化及轻量化等； （4）舒适性：进行结构噪声振动分析等。
ANSYS软件实现优化方式： • 批处理方式——APDL语言 • GUI交互方式——一般用户
以GUI优化方式为例，进入优化设计器OPT，执行优化分析过程： 首 先 指定分析文件 ； 声明优化变量，包括设计变量、状态变量和 目标函数 ； 选择优化工具或优化方法 ； 进行优化分析 ； 查看优化设 计序列结果；最后检验设计优化序列。
杆（Bar） 壳单元（Shell）
承受拉伸载荷的细长结构，如某些限位约束可简化为刚性杆，车骨架在拓扑优化 设计等
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。
客车车架结构有限元分析
客车车架结构有限元分析作者：张俊文和平来源：《科技资讯》2012年第29期摘要：客车车架是客车上非常重要的承载部件，车客车受到的各类载荷最终都作用在车架上，因此，车架的结构好坏可以直接影响整车的性能。
本研究以某种客车车架为研究对象，运用有限元分析软件ANSYS对客车车架的结构进行三维建模、对车架的静态特性进行了分析研究，最后得到车架的变形情况和应力分布，同时提出了几种车架结构上的改进方案。
关键词：车架有限元静力学分析 ANSYS中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0082-01伴随着计算机技术的发展，有限单元法越来越成为一种重要的工程计算方法。
当前在工程研究和设计领域得到了相当广泛的运用，再加上原理算法的优越性，有限元法在车辆、船舶、飞机、等机械工程领域都得到了极为广泛的应用。
我们把有限元法作为一种先进的设计手段运用再车架设计上，通过有限元计算，可以寻找出原始设计中存在的一些问题，为今后的车架改进设计提供重要的参考依据。
因此，运用有限单元法对客车车架分析静力学情况并进行优化设计对指导车架设计工作有着重要的意义。
1 建立客车车架有限元模型分析对象我们选定为某型号客车车架，其纵梁间宽为700 mm，长11000 mm，牛腿长度700 mm，最高车速为90 km/h，车架簧上重量包括发动机1100 kg，离合器加变速器280 kg，水箱70 kg，备胎90 kg，蓄电池150 kg，油箱250 kg，方向机50 kg，3个储气筒50 kg，空气过滤器20 kg，乘客每人按65 kg计算，共60人，平均分布到横梁、纵梁和牛腿上，加载等效压强。
我们通过对客车车架结构的分析可知，车架大部分是薄板和薄壁结构，所以有限元模型可选用beam单元或者shell单元。
但是因为beam单元不能有效的反映车架纵梁与横梁连接处应力变化的情况，故而我们选用shell单元完成建模。
汽车结构有限元分析
汽车结构的常规有限元分析本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。
范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。
汽车是艺术和技术的结合。
一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。
在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。
采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。
1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：第0阶段：对样车进行试验和分析；第1阶段：概念设计阶段的分析；第2阶段：详细设计阶段的分析；第3阶段：确认设计阶段的分析；第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。
有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。
有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。
在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。
2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。
通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。
前处理自动生成的网格可能存在问题。
建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。
在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。
在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。
abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法
abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法文章标题：深度了解abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法一、引言在工程领域中，模拟和分析结构力学行为是非常重要的。
ABAQUS作为有限元分析软件，在工程结构分析和仿真中扮演着重要的角色。
在ABAQUS中，实体单元、壳单元和梁单元是常用的元素类型，它们可以用来模拟各种不同类型的结构和力学行为。
本文将深入探讨这些单元的定义与用法。
二、实体单元的定义与用法1. 实体单元是ABAQUS中最基本的有限元单元之一，通常用于模拟具有三维结构的实体物体。
它能够准确描述物体的体积和构造。
2. 实体单元适用于模拟压力容器、机械零件、汽车车身等实体结构的力学行为。
它能够有效分析结构的应力、应变、变形等力学特性。
3. 在实际工程中，使用实体单元时需要注意单元的类型、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
三、壳单元的定义与用法1. 壳单元是ABAQUS中常用的二维有限元单元，适用于模拟薄壁结构和板材。
它能够准确描述结构的曲率和变形。
2. 壳单元适用于模拟飞机机翼、船体、薄膜结构等薄壁结构的力学行为。
它能够有效分析结构的弯曲、剪切、挠曲等力学特性。
3. 在实际工程中，使用壳单元时需要注意单元的厚度、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
四、梁单元的定义与用法1. 梁单元是ABAQUS中用于模拟杆件和梁结构的有限元单元，适用于描述结构的轴向变形和弯曲变形。
2. 梁单元适用于模拟桥梁、支撑结构、梁柱结构等杆件和梁结构的力学行为。
它能够有效分析结构的弯曲、扭转、轴向变形等力学特性。
3. 在实际工程中，使用梁单元时需要注意单元的截面特性、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
五、个人观点和理解在工程结构分析中，选择合适的有限元单元对于准确模拟和分析结构的力学行为是至关重要的。
实体单元、壳单元和梁单元都有各自的优缺点，工程师需要根据具体的结构特点和分析要求来选取合适的单元类型。
有限元分析简介
有限元分析作用
简单说包括评估设计和优化设计。 比如：通过有限元分析，可以在设计阶段对可能出现 的问题进行安全评判和设计参数修改，据有关资料，一个 新产品的问题有60％以上可以在设计阶段消除。
有限元分析不能代替试验，需要后期的试验验证。
物理系统举例
几何体 载荷 物理系统
结构
热
有限元分析基本思路
将一个连续体的求解区域离散（剖分）成有限个形 状简单的子区域（单元），各子区域相互连接在有限个 节点上，承受等效节点载荷（应力载荷、温度载荷、流 动载荷、磁载荷等）；根据“平衡 ”条件分析并建立 各节点的载荷场方程，然后将它们组合起来进行综合求 解，以获得对复杂工程问题的近似数值解。
• 考虑惯性载荷就必须定义材料密度 (ρ)。
第四节 排气系统模态分析简介
分析目的
主要目的：一是吊钩位置选择优化；二是避频。
分析步骤
1、几何模型导入
2、几何模型简化、建立有限元模型
模型中包含材料信息，边界条件信息（载荷）等
3、参数输入
排气系统模态分析数据需求如下： （1）下表：
序号 1 名称 波纹管 参数要求 刚度（最好6个方向，主要是轴向和扭转，最好包括动刚度和 静刚度数值） 质量 刚度（最好3个方向，主要是减震方向，最好包括动刚度和静 刚度数值） 有效长度（车身悬挂和消声器吊钩轴心距离）或图纸、数模 3 4 5 催化器 前消吸音棉 后消吸音棉 载体质量 质量、位置 质量、位置
自由度约束
自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知 数值 (值不一定是零)。
定义
• 结构分析中的固定位移(零或者非零值) 。
集中载荷
集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。
定义
汽车碰撞模拟中的有限元分析方法研究
汽车碰撞模拟中的有限元分析方法研究引言：汽车碰撞是一种严重的事故形式，对人身安全和车辆损坏造成巨大危害。
为了减少汽车碰撞事故的发生，汽车制造商和研究人员一直在不断努力改进汽车设计，其中有限元分析方法被广泛应用于汽车碰撞模拟中。
本文旨在研究汽车碰撞模拟中的有限元分析方法，分析其原理、优势和局限性，并探讨其未来发展的方向。
一、有限元分析方法的原理有限元分析方法是一种工程数值分析方法，通过将连续物体离散化为有限个单元，然后利用物理方程和连接条件推导出整个系统的性质和行为。
在汽车碰撞模拟中，有限元分析方法通过建立车辆模型和碰撞模型，并对车辆结构和材料特性进行模拟，可以预测碰撞过程中的应力、应变和位移等关键参数，从而评估车辆的结构强度和安全性能。
二、有限元分析方法在汽车碰撞模拟中的应用1. 车辆结构分析有限元分析方法可以模拟车辆结构在碰撞过程中受到的冲击和变形，从而评估车辆结构的强度和刚度。
通过分析车辆结构在碰撞过程中的应力和应变分布，可以发现车辆可能出现的破坏和损伤情况，并优化车辆设计，提高车辆的碰撞安全性能。
2. 碰撞事故重构有限元分析方法可以通过对碰撞事故的重构，模拟和分析事故发生的动力学过程。
通过模拟碰撞事故的速度、角度和车辆质量等参数，可以预测车辆碰撞时的撞击力和形变情况，为事故调查提供关键的技术支持。
3. 安全气囊和座椅设计有限元分析方法可以模拟安全气囊在碰撞事故中的动态行为，通过分析安全气囊的充气速度和形态，并与人体和车辆的相对位置和运动进行匹配，来评估安全气囊的有效性和适应性。
同时，有限元分析方法还可以模拟座椅在碰撞事故中的变形、应力和位移等参数，为座椅设计提供重要的参考。
三、有限元分析方法的优势1. 高度灵活性有限元分析方法可以根据不同的任务需求，对材料、结构和碰撞情况等进行高度灵活的建模和仿真，从而适应不同的汽车碰撞模拟需求。
2. 高精度和可靠性有限元分析方法基于实际的物理方程和材料特性，通过合理的模拟和计算，可以得出准确可靠的结果。
汽车结构有限元分析试题及答案(精华)
一、20分）（×）1. 节点的位置依赖于形态，而并不依赖于载荷的位置（√）2. 对于高压电线的铁塔那样的框架结构的模型化处理使用梁单元（×）3. 不能把梁单元、壳单元和实体单元混合在一起作成模型（√）4. 四边形的平面单元尽可能作成接近正方形形状的单元（×）5. 平面应变单元也好，平面应力单元也好，如果以单位厚来作模型化处理的话会得到一样的答案（×）6. 用有限元法不可以对运动的物体的结构进行静力分析（√）7. 一般应力变化大的地方单元尺寸要划的小才好（×）8. 所谓全约束只要将位移自由度约束住，而不必约束转动自由度（√）9. 同一载荷作用下的结构，所给材料的弹性模量越大则变形值越小（√）10一维变带宽存储通常比二维等带宽存储更节省存储量。
二、填空（20分）1．平面应力问题与薄板弯曲问题的弹性体几何形状都是薄板，但前者受力特点是：平行于板面且沿厚度均布载荷作用，变形发生在板面内；后者受力特点是：垂直于板面的力的作用，板将变成有弯有扭的曲面。
2．平面应力问题与平面应变问题都具有三个独立的应力分量：σx，σy，τxy ，三个独立的应变分量：εx，εy，γxy，但对应的弹性体几何形状前者为薄板，后者为长柱体。
3．位移模式需反映刚体位移，反映常变形，满足单元边界上位移连续。
4．单元刚度矩阵的特点有：对称性，奇异性，还可按节点分块。
5．轴对称问题单元形状为：三角形或四边形截面的空间环形单元，由于轴对称的特性，任意一点变形只发生在子午面上，因此可以作为二维问题处理。
6．等参数单元指的是：描述位移和描述坐标采用相同的形函数形式。
等参数单元优点是：可以采用高阶次位移模式，能够模拟复杂几何边界，方便单元刚度矩阵和等效节点载荷的积分运算。
7．有限单元法首先求出的解是节点位移，单元应力可由它求得，其计算公式为。
（用符号表示即可）8．一个空间块体单元的节点有 3 个节点位移： u，v，w9．变形体基本变量有位移应变应力基本方程平衡方程物理方程几何方程10.实现有限元分析标准化和规范化的载体就是单元三选择题（14分）1 等参变换是指单元坐标变换和函数插值采用__B___的结点和______的插值函数。
汽车结构有限元分析03单元类型及单元分析
目前使用的梁单元除一次梁单 元外，还有二次梁单元、曲梁单 元和锥梁单元等。二次梁单元是 由三个节点确定的抛物线，曲梁 单元是由两个节点决定的、具有 曲率半径的圆弧，而锥梁单元则 是采用两个节点处截面积不等的 线性梁。
汽车结构有限元分析03单元类型及单 元分析
上述在局部坐标系中得出的杆单元或梁 单元刚度矩阵，由于整体结构中各杆梁位 置不同、倾角不同，有限元模型要求一个 单元在整体坐标系中能够任意定位，这就 需要建立两种坐标系下的转换关系。对平 面桁架、空间桁架、平面刚架与空间刚架， 都需要建立这种坐标变换关系。
形函数的构成要分成八个角点的形函 数和各棱边中节点的形函数两种情况表述。 其表达式如下：
汽车结构有限元分析03单元类型及单 元分析
由空间弹性力学几何方程，得应变表达式： 由空间弹性力学物理方程，单元内的应力可以
表示成： 单元刚度矩阵为 ：
汽车结构有限元分析03单元类型及单 元分析
实体单元可以直接利用三维CAD所做好的 实体模型，所以非常容易理解。实体单元能够 适用于所有的结构，但其节点数或单元数可能 非常之多。虽然板梁结构都可以采用实体单元 建模，但对于符合板或梁形式的结构还是采用 梁单元或板壳单元为佳，其精度完全满足工程 结构设计要求。采用实体单元分析所花费时间 一般较采用梁单元与板单元为多，另外三维网 格调整是比较困难的，用板梁单元建立的模型， 截面内力容易判断，在初期设计阶段，更易于 评价计算结果。
05-01车辆结构有限元静力学分析分析
二、汽车驱动桥桥壳的有限元分析
分析结果如下：
三、支架有限元分析
支架用于支撑邮箱、散热器、蓄电池、 工具箱等。支架与车架的连接方式可以通过 螺栓连接，在分析过程中需要用到抽取中面、 简化成板壳结构、螺栓连接等有限元建模技 术。
三、支架有限元分析
如车架有限元分析的建模：
考虑到整个车架基本 上都是由钢板冲压、焊接 而成，这里主要用板壳模 拟车架，只有铰接轴套管、 铰接轴销轴、平衡悬架处 的平衡轴和前悬架的前后 支架采用体来建立模型。
二、汽车驱动桥桥壳的有限元分析
操作步骤： 1.打开软件导入axle_housing.x_t,进行前处理； 2.打开静态分析，设定并分配零部件材料； 3.建立试验块与桥壳总成的接触关系； 4.划分网格（尽量采用Hex_domain); 5一端全约束、另一端放松轴向；在板簧面施加载荷 12000*2.5=30000 N，单边15000 N； 6.求解应力和变形； 7.后处理。
三、支架有限元分析
分析中难点：
三、支架有限元分析
难点2，建立接触
三、支架有限元分析
难点3.约束
三、支架有限元分析
分Hale Waihona Puke 结果三、支架有限元分析解决办法
三、支架有限元分析
改进后的分析结果
一、结构有限元静力学分析基础
汽车零部件的许用应力和安全系数： 3）对于扭转许用应力，安全系数n1≧1.5 则有： [τ]=τs/n1 若τs不能查到，可由下面的公式进行估算： [τ]=0.58σs/n1
二、汽车驱动桥桥壳的有限元分析
驱动桥桥壳是汽车上主要承载结构件， 由于其形状复杂，采用传统的工程力学方法 只能根据经验进行设计，很难确保设计是否 合理。一般需要通过桥壳总成疲劳台架试验 来确认设计的合理性。
汽车结构有限元分析--参考
一，概念机名词解释（考5个，共20分）1,有限元的基本概念答：有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
2,有限元的数学及力学思想答：有限元法作为结构分析的一种计算方法，从数学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程换成代数方程求解；从力学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体并使他们在有限个节点相互连接。
在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的特性，而整个连续的力学特性能够可以认为是这些小单元体力学特性的总和，从而建立起连续的力的平衡关系。
3,泛函数的概念答：1又称泛函，通常实（复）值函数概念的发展。
通常的函数在R或C（n是自然数）中的集合上定义。
泛函数常在函数空间甚至抽象空间中的集合上定义，对集合中每个元素取对应值（实数或复数）。
通俗地说，泛函数是以函数作为变元的函数。
泛函数概念的产生与变分学问题的研究发展有密切关系2在某个变化中，有变量J及其一类函数{ Ψ（x）}中的每一个函数，按照某种法则都有变J 的某个数值与之相对应，那么，称变量J为这类函数{ Ψ（x）}的泛函，记作J=J[Ψ（x）] 4,什么是小势能原理答：最小势能原理是指系统处于平衡状态时在给定外力作用下，在满足位移边界条件的所有各组位移中间，实际存在的一组位移应使总能量成为极值，对于稳定的平衡状态，这个极值就是极小值。
5,什么是静力等效原则答：静力等效原则是指用有限元求解时，将原载荷与位移置后的等效节点载荷，在弹性体产生任何虚位移的过程中，所做的虚功相等。
全承载式客车车身结构有限元分析
全承载式客车车身结构有限元分析田芳1王涛2石琴2（1江淮汽车合肥 2合肥工业大学，机械与汽车工程学院合肥）摘要:以板梁单元为基础，在ANSYS中建立全承载式客车骨架的有限元模型，并通过客车骨架的电测试验验证有限元模型的正确性。
对车身结构进行弯曲、扭转、扭转加制动等典型工况下。
强度和变形计算。
对客车骨架进行模态分析，为后续的瞬态响应分析奠定基础。
关键词：客车；车身结构；有限元静态分析；模态分析Finite element analysis for monocoque bus body strnctreTIAN Fang1，W ANG Tao2，SHI Qin2(1 JAC, Hefei ,Anhui 2 School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei ,Anhui) Abstract:The finite element model for the full-loading bus body in built in ANSYS software with shell and beam elements, and the finite element model is validated by stress test.The stiffness and strength analysis are carried out in typical working conditions of bend、torsion、and torsion with brake. Modal analysis is performed . which lay the foundation for subsequent transient response analysis.Keywords: bus；monocoque body structune; finite element static analysis；modal analysis1 车身结构的有限元建模1.1模型简化全承载式客车车身骨架主要是以大部分矩形梁、少部分异型梁和梁和变截面梁以及较少的钢板构成，各杆之间多采取焊接的方式连接。
汽车结构有限元分析
有限元分析1.有限元法可以分为两类,即线弹性有限元法和非线性有限元法.其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础,二者不但在分析方法和研究步骤上有类似之处,而且后者常常要引用前者的某些结果.2.有限元的数学及力学思想答：有限元法作为结构分析的一种计算方法，从数学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程换成代数方程求解；从力学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体并使他们在有限个节点相互连接。
在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的特性，而整个连续的力学特性能够可以认为是这些小单元体力学特性的总和，从而建立起连续的力的平衡关系。
3.有限元模型:有限元模型是真实系统理想化的数学抽象.由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定载荷.4.有限元法:是以力学理论为基础,随着力学\数学和计算机科学相结合而发展起来的一种数值计算方法.5.传统结构设计流程:设计----建模----测试---再设计.(1)作很大简化,计算精度差;(2)结构尺寸与重量偏大;(3)结构局部强度或刚度不足;(4)设计周期长,试制费用高6.现代产品设计:Design(CAD)----Virtual Test(CAE)---Build---T est---Redesign。
有限元法是CAE的核心部分7.汽车结构有限元分析的内容：（1）零部件及整车的疲劳分析，估计产品的寿命，分析部件损坏的原因；（2）结构件、零部件的强度、刚度和稳定性分析（3）结构件模态分析、瞬态分析、谐响应分析和响应谱分析；（4）车身内的声学设计，车身结构模态与车身内声模态耦合；（5）汽车碰撞历程仿真和乘员安全保护分析（被动安全性）；（6）结构件、零部件的优化设计（质量或体积为目标函数）；（7）车身空气动力学计算，解决高速行驶中的升力、阻力和湍流问题8.汽车结构有限元分析的流程：（1）制定方案；（2）建立结构模型；（3）划分有限元模型；（4）有限元模型检查；（5）加载和增加约束条件；（6）求解计算；（7）结果分析。
第4章 矩形单元及等参单元(有限元分析)
x -1 J y
y x 1 J x y
y - x
称作雅可比矩阵
N i x x N i y y
1 b2 1 1 1 a2 1 (1 ) (1 ) 3 yr y s 2 yr y s 3 xr xs Etab xr xs 4(1 2 ) 1 1 1 y x 2 xr ys r s
1 1 1 xr ys 2 y r xs
注意：4节点矩形单元位移模式反映了单元的常应变和刚体位移。
同理
结论
y 1
4
3
4
3
1 x
2
2
2 2 右图3，4节点所在边中点，映射后在左图中也是3，4 节点所在边中点！
1 N i ( , ) (1 i )(1 i ) 4 (i 1,2,3,4) 该映射可以将xy坐标
1 y 1 x (1 ) (1 ) yi yi xi xi E 1 y 1 x (1 ) (1 ) (i k , l , m, n) S i 2 4(1 ) xi yi yi xi 1 1 x 1 1 y (1 ) (1 ) xi 2 xi yi 2 yi
N i x N x i y N i x y N i y
写成矩阵形式：
其中：
x ( x, y ) J ( , ) x y y
汽车方面的结构有限元分析176页PPT
u
x
y
x v
y w
0 0
xzy
z u
v
u x
v y
w z
u v y x
v w z y
w x
uT
z
0 0
yz
zx
y x
v z
w
y
0 0
wx
u z
u u0 y z z y v v0 z x x z w w0 x y y x
中国机械工程 ，2019（18） ［6］廖芳，马力，杨橙，何耀华.客车骨架强度失效分析 ［J］.客车技术与研
究 ，2019（4） ［7］唐少雄，马力，杨代华，柴苍修.内燃机凸轮机构摩擦学仿真设计建模研
究 ［J］. 内燃机工程，2019（6） ［8］柴苍修，马力，王元良，李春光. 农用运输车车架有限元强度分析
– 平衡方程 x xy zx X 0
» 载荷可是真的静载，也可为动载峰值
– 结构变形
» 影响运动关系 » 检查运动干涉
常见汽车零 部件失效
» 变形过大失效问题
» 世界著名案例：日本车制动油管
静强度失效 疲劳失效 共振原因失效
• 汽车结构模态分析
– 属动力学分析领域 – 分析结构的固有特征
» 固有频率 » 固有振型 » 模态阻尼 » 模态刚度 – 广范用于汽车结构动态特性设计 – 广泛用于解决汽车结构振动噪声问题
x(t)
输入 （激励）
系统固有特性
y(t)
输出 （响应）
• 响应分析
– 时间响应分析 » 通常在时域内求系统的时间相应 » 常用于疲劳分析、平顺性分析等
– 频率响应和响应谱分析 » 多用于随机振动
x(t)
房车车架分析及结构优化设计
房车车架分析及结构优化设计近些年来，有限元法在汽车车架方面的研究日趋成熟，有限元法已经成为汽车车架结构研究的一种重要手段，对降低生产成本、缩短研制周期、提高质量具有重要意义。
传统的优化设计主要包括尺寸优化、形状优化、拓扑优化等方式，而近年来逐渐成熟的多目标遗传算法和响应面法在多个学科研究中得到广泛的应用，该方法显示出强大的求解能力和广泛的适应性。
因此本文采用多目标遗传算法和响应面法对房车车架进行优化设计。
标签：房车车架；结构；优化设计1 车架有限元分析类型1.1 静力分析在静力学分析之中，对汽车车架的有限元分析通常需要计算四个基本工况，即弯曲工况、扭转工况、制动工况以及转弯工况，而在本课题中，由于房车车架的特殊运行特点，我们还对车架进行了临时载人工况的分析，对以上五个工况的模拟分析，来实现本课题中拖挂式房车车架的有限元分析。
通常来说，在我们完成了汽车车架有限元分析之后需要对计算分析结果做可视化处理，也就是分析结果的后处理，通过结果后处理可以得到车架的应力分布云图以及位移分布云图，观察云图结果可以找到车架在运行过程中最大应力以及最大位移位置，通过结果与使用材料比对来决定车架是否需要进行结构的优化设计。
1.2 模态分析现如今，汽车的行驶速度越来越快，这也导致了车辆的振动、噪声等问题在车辆性能检测中的地位越来越高，而车架作为汽车关键承载部件，在汽车运行行驶过程中受到外部颠簸振动会产生弯曲或者扭转，不仅会严重影响车辆乘坐的舒适性还会降低车架的使用寿命。
通过对车架的模态分析可以得到车架的固有频率以及固有振型，经过必要的分析优化，在车辆行驶过程中可以避免其发生共振。
1.3 动力响应分析当所研究的车辆在行驶过程中，外界会产生激励，而外界激励的动力性能响应会对车架性能产生影响，车架动力性能响应分析就针对这种外部影响进行分析。
而在动力响应分析之中，所遇到的难题有很多，比如阻尼阵的确定、路面激励的模拟等等，这些问题也导致国内外对动力响应分析的研究进展推进缓慢。
- 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)。
部分结构单元简图概览
本讲内容如下：
1.一维单元分析
1.2 梁单元---最简单的等截面2节点梁单元，节点位移为 挠度和转角，节点力为剪力和弯矩。
空间梁单元定位
2.二维单元分析
平面问题的有限元分析中，目前通用程序中主要采用三角形
三节点、三角形六节点、四边形四节点和四边形八节点单元。
4 板壳单元
位移模式
2.薄板三角形单元
实例
5.其它各种单元介绍
2.弹簧单元
3. 刚性单元6.单元选用Fra bibliotek角形六节点单元
3.三维单元分析
3.1 四节点四面体单元
3.2 八节点六面体单元
3.3 20节点六面体等参元
空间20节点等参元是由边长为2的立方体单元经过坐 标变换得到的。为插值表示出曲面的单元形状，每个边 至少应有3个节点。在单元内建立曲线坐标系，将此曲面 六面体单元变换映射成一个20节点正方体单元。