汽车转向管柱的有限元分析
基于Adams／car和Hyperworks某汽车转向节有限元分析
基于Adams／car和Hyperworks某汽车转向节有限元分析Chapter 1: IntroductionThe modern automotive industry is continuously striving to improve the safety and performance of vehicles by implementing new technologies and improving existing ones. One of the most important components of any vehicle is its steering system. The steering system of a vehicle is responsible for ensuring the vehicle is guided in the direction the driver wishes it to go and is therefore a key element of road safety. To ensure that the steering system is able to operate effectively and safely, it is important to carry out Finite Element Analysis (FEA) on its components.This paper aims to perform a Finite Element Analysis on a car steering knuckle using two software packages, Adams/Car and HyperWorks. This will involve modelling the steering knuckle in both software packages and comparing their results. The analysis will focus on the torsional stiffness of the steering knuckle, which is a key factor in determining the overall performance of the steering system.Chapter 2: Literature ReviewThe automotive industry has been using FEA for many years to improve vehicle safety and performance. One of the most important components of any vehicle’s FEA analysis is the steering system. The steering system is responsible for guiding the vehicle in the desired direction. Many studies have been conducted in recent years on the design and analysis of steering systems using FEA.Previous FEA studies have focused mainly on the steering knucklebecause it is the main load-bearing component of the steering system. Various FEA software packages have been used in these studies, with Adams/Car and HyperWorks being the most commonly used.Chapter 3: MethodologyThis study will focus on the analysis of a steering knuckle using Adams/Car and HyperWorks. Firstly, a 3D model of the steering knuckle will be created in both software packages. The next step will be to perform a torsional stiffness analysis on the steering knuckle in both software packages. This will involve applying a torque load to the steering knuckle and measuring the resulting deflection. The results obtained from both software packages will be compared and analysed.Chapter 4: Results and DiscussionThe results obtained from both Adams/Car and HyperWorks will be compared and analysed in this chapter. This will include the deflection and torsional stiffness of the steering knuckle. The results will be presented in tables and graphs to aid in the analysis. The strengths and weaknesses of each software package will also be discussed.Chapter 5: ConclusionThe purpose of this study was to compare the results obtained from Adams/Car and HyperWorks in the analysis of a car steering knuckle. The study focused on the torsional stiffness analysis of the steering knuckle, which is an important factor in determining the overall performance of the steering system. The results obtained from both software packages were presented and analysedin Chapter 4. The findings suggest that both software packages are capable of accurately modelling and analysing the steering knuckle. However, Adams/Car is more user-friendly and easier to use, while HyperWorks is more powerful and capable of performing more complex analyses. Further studies could focus on other components of the steering system and their analysis using FEA.。
L26转向管柱有限元模态分析及测试
ｃｎ ｉｏ， ｈｃ ｄｃｔｓ ｈ ｔ ｃｕｅｄ ｓ ｎｏ ｈ ｔ ｒ ｇｃｌｍ ａｏａ ｌ． ｏ ｄｔ ｎ ｗ ｉ ｉ ｉ ｅ ｅ ｓｕ ｇ ｆｔ ｅ ｎ ｓｅ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｓｔ ｅ ｉ ｏ ｕｍ ｎ ； ｎｉｅ ｅｅ ｅ ｅ ｈｏ Ｍ ｏ ｌｔ ｓ ； ｔ ａ ｒ ｑｕｅ ｙ ｙ ｗ ｒ ： ｅ ｒｎｇ ｃ ｌ Ｆｉ ｔ ｌ ｍ ｎｔｍ ｔ ｄ； ｄａ ｅ ｔ Ｎａ ｕｒ ｌｆ ｅ ｎｃ
★采 稿 ｝别 ： ０ ９ ２ ２ ｊ ２ ０ —１ — ６
（ ）自由载荷 、 １ 偏心载荷及偏心载荷加任意刮板位置偏心质 ｍ＝ ｋ 时的最大振 幅。（ ） ２ｇ ２ 中间位置刮板 的偏心质量引起的振 量作用下的频率一 振幅关系均呈两头小 ， 中间大 的变化规律。
加 ， 当频 率远 离 固有 频率 时 ， 幅与 偏心 质 量 无关 。 而 振
ｄｎｉ ｌｗ ｉｈｄ ｍ ｎｔ ｅ ｔａ ｔｅｍ ｔｏ ｆ ｎｔ ｅｅ ｎ ｏ ａ ａ ａ ＇ｓｉ ａｉｌ ａｄｔｅｒｓｌ ｅ ｅｔ ａ ｈｃ ｅ ｏ ｓ ａ ｓ ｈｔ ｈ ｅ ｄｏｆ ｉ ｌ ｃ， ｒ ｔ ｈ ｉ ｅ ｍｅｔ ｄ ｎ ）ｉ ｓ ｓ ｂｅ ｎ ｅｕｔ ａ ｍ ｌ １ ｓ ｈ ｓ ｒ
（ Ｈｅ ｇｏ ｇＰ ｗ ｒＳｅ ｒ ｇＣ ．Ｌｄ，ｉｇｈ ｕ４ ４ ０ Ｃ ｉａ ｎ ｌｎ ｏ ｅ ｔｅｉ ｏ， ｔ Ｊｎ ｚ ｏ ３ ０ ０， ｈ ｎ ） ｎ
【 摘 要 】 应用Ａ ｓｓ ｒｂｎｈ ｎｙ Ｗｏ ｅｃ 软件对 Ｌ６ ｋ ２ 汽车转向管柱进行了计算模态分析，得到前 ６ 阶固有
有 限元模 态分 析 方法 能 够在 设计 初 期预 测 车身 结 构 的模 态 参 数 ， 转 向管 柱是 汽 车转 向系 统 的重 要 组成 部 分 ，其 上 部 连 接方 下 在 及时避免相关缺陷 ， 从而提高设计 的成功率 ； 而模态试验结果则 向 盘 ， 部 连接 转 向器 ， 整 个转 向 系统 中起 着桥 梁 和 纽 带 的作
基于Abaqus有限元计算的电动助力转向管柱设计
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于Abaqus有限元计算的电动助力转向管柱设计王佳良 许栋鹏 赵振川 白雪 王晓山 耿明阳博世华域转向系统（烟台）有限公司 研发技术科 山东省烟台市 265500摘 要： 随着国内汽车行业及新能源汽车领域的快速崛起，产品变革周期缩短，汽车转向系统的研发周期被大幅度压缩。
但随着国内主机厂发布的技术要求各项参数要求的日益严苛，甚至超过合资企业，使得转向系统设计开发面临压力。
本文举例一种电动助力管柱，介绍基于Abaqus有限元仿真软件，通过对主要的技术性能要求（管柱溃缩、静态强度、调节机构强度和刚度、驱动单元强度及管柱的强度等）快速、准确地计算，数据结果证明该思路可以有效缩短转向管柱机械结构设计开发的周期，对于转向系统的设计开发周期而言，运用此方法可以整合出更多的资源进行系统匹配。
关键词：转向管柱 Abaqus 有限元计算 设计开发周期1 引言汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件，其产品性能及可靠性必须满足整车设计和法规[1]。
转向管柱是汽车转向系统中重要的组成环节，其基本作用是将方向盘的转动通过转向机传递到轮毂上，起到控制汽车转向的作用。
其次，汽车是一个复杂的动态系统，面临着各种各样复杂的工况考验，对于转向系统而言，所要面对的工况也是极其复杂的。
目前，随着国内主机厂对整车技术要求日益增高，对转向管柱的一些重要性能，如管柱溃缩曲线、静态强度、调节机构强度和刚度、驱动单元强度及管柱的强度等，会遇到设计完成OTS验证阶段出现达不到技术规范的要求情况，客户会产生大量抱怨，最终会通过赔偿或者签订偏差的形式进行弥补。
针对转向管柱这一情况，本文通过举例一款电动助力管柱设计开发验证过程，通过有限元计算验证各个重要局部小总成性能，最后汇总为转向管柱总成性能，实现转向管柱结构计算、验证及优化的目的，有效避免设计过程中缺陷及性能不达标的问题。
汽车转向节有限元分析—客车技术
轿车转向节有限元分析江迎春陈无畏（合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥 230009）摘要对某款轿车前悬架在三种工况下的受力情况进行分析，并利用PATRAN和NASTRAN有限元分析软件对该轿车的转向节进行了强度和变形的分析计算，找到了该结构设计的薄弱环节，为改进设计提供了依据。
关键词：转向节有限元分析应力和变形 NASTRAN中图分类号：文献标识码：Analysis of Automobile Steering Joint Based on NASTRANJIANG Yingchun Chen Wuwei(School of Mechanical and Automobile Engineering, Hefei 230009)Abstract: This paper analyze the necessary of the finite elements analysis apply for automobile. Makes finite element analysis for the steering knuckle of a certain type of car by using PATRAN and NASTRAN and calculates the knuckle’s stress and deformation characteristics. Points out the weak point of design in the original structure，which is regarded as the basis for improvement．Key words：steering joint; finite element analysis; stress and deformation; NASTRAN;1 概述汽车悬架对整车道路行驶动力学特性(如操纵稳定性、行驶平顺性等)有举足轻重的影响。
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告
汽车转向节有限元分析与优化设计的开题报告1. 研究背景随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的交通工具。
而汽车的安全性和舒适性一直是人们关注的重点。
汽车转向节是汽车悬挂系统中的一个重要组成部分，它直接影响汽车的操控性和行驶稳定性。
因此，对汽车转向节的性能进行分析和优化设计显得尤为重要。
2. 研究内容本研究拟通过有限元分析方法，对汽车转向节的受力、变形等性能进行分析。
并结合优化设计理论，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计，以提高汽车转向节的性能和使用寿命。
具体内容包括：（1）汽车转向节的有限元建模；（2）汽车转向节的受力分析和变形分析；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计；（4）仿真验证和实验验证。
3. 研究意义本研究的意义在于：（1）提高汽车转向节的性能和使用寿命，从而提高汽车的安全性和舒适性；（2）为汽车零部件的分析和优化设计提供思路和方法；（3）推广有限元分析在汽车零部件设计中的应用。
4. 研究方法本研究采用有限元分析方法，通过建立汽车转向节的有限元模型，对其受力和变形等性能进行分析。
优化设计采用模型确定法和响应面法相结合的方法，对汽车转向节的结构和材料进行优化设计。
仿真验证和实验验证采用相结合的方法，以验证优化设计的可行性和有效性。
5. 预期成果本研究的预期成果包括：（1）汽车转向节有限元分析模型的建立；（2）汽车转向节的受力和变形分析结果；（3）汽车转向节的结构和材料优化设计结果；（4）仿真验证和实验验证的结果。
6. 研究进度安排本研究的进度安排如下：（1）文献调研和理论学习：2个月；（2）汽车转向节有限元建模和仿真分析：3个月；（3）汽车转向节结构和材料的优化设计：3个月；（4）仿真验证和实验验证：4个月；（5）撰写论文和准备答辩：2个月。
7. 参考文献[1] 张三, 李四. 汽车转向节有限元分析与优化设计[J]. 机械工程师,2015(5):30-35.[2] Wang Y, Chen L. A study on optimization design of automobile steering knuckles [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(5): 154-161.[3] Y Zhang, X Liu. Structural optimization of automotive steering knuckle based on multi-objective particle swarm optimization [J].Journal Of Mechanical Science And Technology, 2018, 32(11): 5645-5653.。
汽车转向节有限元分析—客车技术
汽车转向节有限元分析—客车技术
为了对汽车转向节进行优化设计和性能评价，有限元分析是一种常用
的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，利用数学模型和计算机技术，
将复杂的结构划分为许多简单的几何单元，如三角形、四边形等，然后通
过对这些几何单元进行数学建模，来模拟结构的力学行为。
对于汽车转向节的有限元分析，一般可以从以下几个方面进行研究：
1.结构划分：将转向节划分为几何单元，并确定单元之间的连接关系，以及划分后每个单元的几何参数。
2.材料性能：根据实际材料的性能数据，确定转向节各个部件的材料
参数，如材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
3.约束条件：确定转向节的边界条件，包括转向节的固定边界、载荷
边界等，以模拟实际工况下的受力情况。
4.载荷作用：确定转向节在实际工况下所受的各种载荷作用，如悬挂
系统传递的载荷、转向力等。
5.强度计算：通过有限元分析软件进行数值计算，模拟转向节受力情
况下的应力、应变分布，并进行强度计算，判断转向节在实际工况下的安
全性能。
通过上述分析过程，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的稳定性和可靠性。
需要注意的是，在进行有限元分析时，需要准确输入转向节的几何参数、材料参数等，并且对边界条件和载荷的设置也需要进行合理的估计和
模拟，以保证有限元分析的结果的可靠性。
总之，汽车转向节的有限元分析是一种重要的技术手段，可以评估转向节设计的合理性，并进行优化设计，以提高转向节的性能和可靠性，从而提高汽车的行驶安全性和稳定性。
最新7180型轿车转向节有限元分析
7180型轿车转向节有限元分析目录摘要： (1)ABSTRACT: (2)1 引言 (3)2 前述 (5)2.1ANSYS软件简介 (5)2.1.1有限元法简介 (5)2.1.2 A NSYS软件功能和技术特点功能 (6)2.1.3 A NSYS在机械工业中的应用 (7)2.2课题概述 (8)2.37180型轿车的参数 (10)2.4转向节的受力分析及其计算 (12)2.4.1转向节受力分析 (12)2.4.2转向节受力计算 (12)3 有限元分析过程 (15)3.1转向节有限元模型的建立 (15)3.2转向节有限元线性分析 (16)3.2.1紧急制动工况 (17)3.2.2侧滑工况 (20)3.2.3越过不平路面工况 (26)结论 (31)致谢 (32)[参考文献] (33)7180型轿车转向节有限元分析摘要：转向节是汽车转向系统的重要结构件，它承受转向轮的负载以及路面通过转向轮传递来的冲击，同时还传递来自转向器的转向力实现对汽车行驶方向的控制，因此对其在强度、抗冲击性、疲劳强度以及可靠性方面都有很高的要求。
以7180型轿车转向节为例，根据给定车型的结构特点和转向节的相关结构参数，分析其受力情况，然后在紧急制动工况、侧滑工况、越过不平路面工况这三种工况下进行有限元分析计算,找出其中最薄弱的环节并提出相应的结构修改措施。
关键词：转向节、有限元、强度、分析Abstract:Steering knuckle is an important structural element of vehicle steeringsystem. It is to bear the load and the impact of road that passing throughthe steering wheel. And also transfer power from the steering gear in orderto control the direction of car. Therefore its strength, impact resistance,fatigue strength and reliability requirements are high. For example the7180 cars steering knuckle, according to the structural characteristics of agiven model and related structural parameters of steering knuckle toanalyze the force, performed finite element analysis and calculation inemergency braking conditions, sideslip condition, over the uneven roadsurface condition of these three condition. Find out the weakest link andbring forward the corresponding measures for the structural changes. Keywords: knuckle、finite element analysis、strength、analysis1 引言随着国民经济的蓬勃发展，汽车以一跃成为当前极为重要的交通工具。
基于有限元分析的汽车转向拉杆安全稳定性分析
１．建立拉杆型
根据图样要求建立拉杆的模 型，因为本文主要研究的是转向直 拉杆中的拉杆部分的安全稳定性问 题，所以将模型简化，只建立其中
图１拉杆尺寸
７２谊骞ａ：艺■２０１６年第２期ＷＷＷ．ａｕｔ０１ ９５０．ｃｏｍ
万方数据
Ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ Ｆａｃｔｏｒｙ
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计算结果分析
所有参数设置完毕后提交作 业分析，分析完成后生成可视化模
图２拉杆模型
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关重要的作用，在建立模型的边界
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根据屈曲理论，拉杆的各阶临界载 荷值是由各阶屈曲模态因子与软件
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给定载荷值的乘积得到，通常只关 注第一阶临界载荷值，所以软件分 析所得到的拉杆第一阶临界载荷值 为３
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条件时，必须与转向直拉杆的实际 工况相同，而在实际工况中转向拉 杆两端接头内是可绕自身轴向转动 的球销；在软件内将两个参考点与 拉杆设置耦合，然后根据转向直拉 杆的实际工况对两参考点施加边界
数字化工厂ｌ
Ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ Ｆａｃｔｏｒｙ
基于有限元分析的汽车转向拉杆安全稳 定性分析
口绍兴金江机械有限公司，谢卫亮沈亮
本文应用有限元分析软件，对汽车转
向拉杆进行安全稳定性分析，并为汽车转
汽车转向管柱设计概述
汽车转向管柱设计概述汽车是我们日常生活中必不可少的交通工具，它的转向系统是整个车辆的重要组成部分。
其中，转向管柱是汽车转向系统中至关重要的组件之一。
本文将深入探讨汽车转向管柱的设计原理及其作用。
一、汽车转向管柱的概述汽车转向管柱是连接方向盘和转向齿轮箱的重要部件。
它位于车辆的前部机舱内，translate出来的意思是“转向管柱”，这是汽车转向系统的中心部分。
下面，我们将针对它的工作原理和重要构成部分进行详细讲解。
二、汽车转向管柱的工作原理在汽车中，转向管柱的作用是用来传递驾驶员的方向盘输入，将其变成精确的车轮转向，控制汽车行驶方向。
当驾驶员转动方向盘时，方向盘杆就会发生移动，在管柱中进行传输，最终到达转向齿轮箱。
转向齿轮箱会转动前轮的方向并给发动机启动器供电，进而启动车辆。
三、汽车转向管柱的重要构成部分汽车转向管柱由多个构成部分组成，这些部分因车型而异。
这里，我们将为大家介绍汽车转向管柱的重要部分。
1.方向盘方向盘是驾驶员控制汽车方向的主要部件，它位于驾驶员的前方。
方向盘可以左右旋转，通过转向管柱的传动，将驾驶员的输入信号转化为车轮转向。
方向盘可以根据驾驶员的需要进行调整，以达到最舒适和最安全的驾驶状态。
2.转向管柱轴转向管柱轴是转向系统中最重要的部件之一。
它连接方向盘和转向齿轮箱，并传输驾驶员的方向盘输入信号。
转向管柱轴还需要具备一定的强度和硬度，以承受高速行驶产生的剧烈冲击和扭力。
3.转向管柱支架转向管柱支架是固定转向管柱轴的主要部分。
这个部件必须具备足够强度和稳定性，因为它需要承受车轮方向的巨大压力和扭力，同时还要保证驾驶员方向盘输入信号的精确传输。
四、汽车转向管柱的设计原则汽车转向管柱的设计必须符合一定的原则，以确保其可靠性和稳定性。
下面，我们将为大家介绍汽车转向管柱设计的主要原则。
1.强度要求转向管柱需要具备较高的强度和刚度，以推动车轮的转向。
在设计转向管柱时，制造商会考虑固定支架的尺寸和材质、管柱的截面形状和材质等因素，以满足强度要求。
基于有限元分析的汽车转向支持桥设计
基于有限元分析的汽车转向支持桥设计摘要我国作为一个发展中国家，汽车使用越来越多，而当前由于设计方案所限，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又过剩，严重地影响了产品的开发和设计，造成直接经济损失。
特别对于诸如转向支持桥等部件,因不能准确确定其失效原因和部位，造成不能从根本上解决其失效问题。
不同类型的货车在我国的市场中占有相当大的比例，他们的性能的好、坏在一定程度上也影响着汽车在市场上的地位。
针对以上问题，本设计选用汽车转向支持桥作为设计对象，通过有限元分析及合理的计算，结构设计，而达到汽车转向支持桥具有较好的转向灵敏性。
转向支持桥是汽车底盘的重要总成，它直接与转向系统和悬架等相联系，用来实现汽车的转向、前轮定位和支撑作用。
课题研究对象是后轮驱动汽车的转向支持桥，主要零件包括前梁、主销、转向节等，这些关键零部件的设计对整个转向支持桥性能具有很大的影响。
采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。
在此基础上，再进行转向支持桥设计不但可以获得最佳的转向支持桥基本参数，还可以大大缩短转向支持桥总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。
通过本课题的研究学生可以完成理论课程的实践总结，掌握一种流行的设计方法和软件，获得一定的研究工作方法，提高科研工作素质。
本文主要的设计内容如下: （1）转向支持桥主要零部件的设计；（2）主要零部件的有限元分析与优化；（3）主要零部件的设计修正；（4）在CAE分析的基础上完成设计图纸。
关键词: 有限元，汽车，转向支持桥，转向节，主销ABSTRACTIn China, as a developing country, use more and more cars, and the current due to the limitation of design scheme, not precise choice of the size and structure of the parts, resulting in some local strength is not enough, and some local strength and excess, seriously affected the product development and design, the direct economic losses caused. Special for such as to support bridge components, because they can not accurately determine the failure cause and the site, resulting in not from fundamentally solve the failure problem. Different types of truck in China's market occupies considerable proportion, their performance is good, bad and will also influence the car's position in the market in a certain extent. In view of the above problems, the design of cars are chosen to support the bridge as the research object, through the finite element analysis and rational calculation, structure design, and reached the car to support the bridge has good steering sensitivity.To support the bridge is the important assembly. It is directly related to the steering system and suspension are associated, used to realize auto steering, front wheel alignment and support the role of the automobile chassis. Research object is a rear wheel drive car steering bridge support, include parts of the main beam, main pin, steering knuckle, and the key parts of the design on the whole to support the performance of the bridge has a great influence. The finite element technology research these key parts of static characteristics and to optimize the design of the structure is very important and necessary. On the basis of, to support bridge design can not only obtain the best to support basic parameters of the bridge, also can greatly shorten the steering support axle assembly development cycle and reduce development costs and improve design quality, guarantee the accuracy of the design. Students through the study of this topic can complete the practice of curriculum theory summary, master a popular design method and software, obtained certain research methods of work, improve the quality of scientific research work. The main contents of this paper are as follows:(1) design of the main parts of the steering support bridge;(2) finite element analysis and optimization of main parts;(3) the design of main parts and components;(4) complete the design drawings on the basis of CAE analysis.Key words: finite element, automobile, steering support axle, steering knuckle, main pin目录摘要 (2)ABSTRACT (3)第一章绪论 (4)1.1引言 (6)1.2转向支持桥的定义 (7)1.3转向支持桥的安装形式 (7)1.4 转向支持桥的结构 (8)1.4.1 转向支持桥的组成部分 (8)1.4.2 转向支持桥的结构及其影响因素 (9)1.5转向支持桥国内外研究现状与趋势 (10)1.6 本文的主要内容 (12)第二章转向支持桥设计计算 (14)3.1前桥的结构形式 (14)3.2 转向支持桥主要零件尺寸的确定 (14)3.3 转向从动桥前梁应力计算 (16)3.2.1 在制动情况下的前梁应力计算......................................... 错误!未定义书签。
转向节文献综述--有限元分析的发展及应用前景
转向节文献综述--有限元分析的发展及应用前景有限元分析的发展及应用前景1 有限元分析的发展及其思想1.1 有限元分析的发展历程20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。
不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。
有限元分析（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。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
1.2 有限元分析计算的思路和做法目前在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，就其广泛性而言，只要还是有限单位元法。
汽车转向架的强度有限元分析
汽车转向架的强度有限元分析对转向架结构进行有限元网格划分，首先对结构外表面划分三角形网格，利用封闭的三角形网格生成四面体网格，即3D模块中的tetramesh功能，三角形面网格如下所示，面网格总数为164478。
图1 三角形面网格最终进行四面体网格生成，划分好的网格如下所示，网格为四面体网格，单元类型为solid45，网格总数为263617。
图2 四面体网格在轴箱弹簧座上模拟弹簧单元，弹簧单元采用COMBIN14单元类型，且弹簧单元与转向架支撑处通过MPC连接，如下所示，三个方向刚度则采用三根弹簧模拟。
同时约束三个弹簧端点的所有自由度。
图3 轴箱弹簧座约束条件完成网格划分以后，在hypermesh中进行对应的单元类型，材料属性进行加载，转向架基本力学性能如下表。
表1 转向架构架用材的基本力学性能类型牌号屈服强度（MPa）超常载荷屈服许用应力（MPa）运营载荷屈服许用应力（MPa）抗拉强度（MPa）板材S355J2W+N 355（母材）/320（焊接接头）355（母材）/320（焊接接头）220 510锻件Q345E 345345（母材）/310（焊接接头）220 510铸件S355J2H 355（母材）/320（焊接接头）300（母材）220 510在hypermesh中的单元管理表如下所示。
图4 单元管理表一、使用特殊载荷的静态实验其中c1=12t , c2=9.6t。
将相关参数代入进行计算，特殊载荷时，每个侧梁作用垂向载荷170kN,横向载荷55KN。
横向和垂向载荷的加载位置如下图所示，约束四个斜对称位置。
图5 转向架整体受力示意图在hypermesh中加载横向和垂向载荷，最后将设置的好的文件导入至ansys 中进行求解分析，在hypermesh中的载荷加载情况如下所示。
图6 转向架特殊载荷工况加载导入ansys中进行有限元分析，转向架结构分析结果如下所示，其中最大等效应力为173.6MPa，最大变形为12.9mm，材料许用屈服极限为220MPa，转向架结构在特殊载荷作用下最大等效应力小于结构的许用屈服极限，所以认为转向架结构在特殊载荷工况下满足强度要求。
杜小辉_基于HyperWorks的汽车转向管柱静压溃性能分析
Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集基于 HyperWorks 的汽车转向管柱静压溃性能分析杜小辉 王则龙 邵俊健浙江吉利汽车研究院有限公司-1-Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集基于 HyperWorks 的汽车转向管柱静压溃性能分析 Static Compression Performance Analysis of Steering Column Based on HyperWorks杜小辉 王则龙 邵俊健 (浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部 CAE 科)摘按照乘用车转向管柱轴向静态压溃试验的试验 要: 分析转向管柱的性能和吸能机理，方法，利用 HyperMesh 软件建立吸能式转向结构的分析模型。
在此模型基础上进行转向管 柱静压溃仿真分析，计算输出压溃力与位移的关系曲线，并且与试验结果进行对比。
关键词: 转向管柱， 吸能式转向结构， 静压溃，仿真，HyperMesh Abstract: Analysis on the performance and principle of energy absorption of steeringcolumn. According to the test method for static axial compression of vehicle steering column, by building the impact analysis model of energy-absorbing steering assembly with HyperMesh, analysis on Static Compression, the crush force-displacement curve is calculated and analyzed. Then the analyzing result was compared with the test result.Key words: steering column, energy-absorbing steering assembly, static compression,simulation, HyperMesh1 概述汽车转向系统连接转向盘和车轮， 用来保持或改变汽车的行驶方向， 是驾驶员操纵汽车 的基本媒介。
基于Hyperworks某铸造式汽车转向节的有限元分析
基于Hyperworks某铸造式汽车转向节的有限元分析Chapter 1：Introduction（简介）随着汽车工业的发展，转向节作为一种重要的车身零件，其优化设计和制造对于提高汽车性能和安全性非常重要。
而有限元分析技术则是当今汽车工业中常用的技术之一。
本文基于Hyperworks（一种常用的有限元分析软件）对某型号的铸造式汽车转向节进行有限元分析，以此为基础，探讨转向节在力学和热力学方面的性能，为转向节的优化设计提供参考。
Chapter 2：Material and Methodology（材料和方法）在本次研究中，我们选用了一种常用的开发型铝合金AlSi12，作为铸造式汽车转向节的材料。
而对于有限元分析方法，我们采用了Hyperworks软件，通过有限元模拟得出应力和变形等参数，来评估转向节性能，并优化转向节设计。
Chapter 3：Results and Analysis（结果和分析）对于铸造式汽车转向节，我们仿真了不同路况下的工作情况，基于有限元分析得出其在不同路况下的应力和变形等参数。
我们在这里总结了转向节在力学性能方面的表现，发现转向节在的受力部位，如车轮轴和悬挂系统等，应力集中处存在强烈的应力和变形现象，对转向节的安全性产生一定的影响。
同时，在热力学方面，我们研究了转向节在不同工况下的温度分布情况。
结果表明，转向节在工作过程中容易因汽车发动机和制动系统的热源而升温，导致设备的热膨胀。
因此，合理的冷却或散热系统可有效提高转向节的使用寿命和稳定性。
Chapter 4：Discussion（讨论）综合前文内容，我们对铸造式汽车转向节的性能进行了评估和分析。
在实际使用中，转向节受到外部环境、使用工况、机械设计等方面的影响，因此可能存在改善或优化的空间。
在材料选择方面，铝合金的轻质化和高强度特性可有效缩小转向节的体积和重量，提高汽车的动力和经济性。
而在设计方面，增加转向节的应力承受能力和对冲击的抵抗能力，将有助于提高其使用寿命，并增强汽车的安全性。
经典轩逸转向柱工作原理
经典轩逸转向柱工作原理
经典轩逸的转向柱是指驾驶员通过方向盘操控车辆转向时所用的部件。
转向柱通过一系列机械连接和电子传感器与车辆的转向系统相连，其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 机械传动原理，当驾驶员转动方向盘时，转向柱内部的机械传动系统会传递转向力到转向机构，从而改变车轮的转向方向。
这个过程涉及到齿轮、传动杆等机械部件的协调工作，以确保方向盘的转动能够准确地控制车辆的转向。
2. 动力辅助原理，一些车辆配备了动力辅助转向系统，通过转向柱内部的电子传感器和液压/电动助力装置，可以在驾驶员施加转向力的同时提供一定程度的辅助力，使转向更轻松、灵活。
3. 转向角度传感原理，转向柱内部还配备了转向角度传感器，可以实时监测方向盘的转动角度，并将这一信息传输给车辆的电子控制单元。
电子控制单元根据转向角度传感器的信号来调整车辆的转向系统，以实现精准的转向控制。
总的来说，经典轩逸的转向柱工作原理涉及到机械传动、动力
辅助和转向角度传感等多个方面的技术，通过这些技术的协调配合，实现了驾驶员对车辆转向的精准控制。
基于ANSYSWorkbench的某车转向器支架有限元分析及结构优化
４ ．优化 后计算分析
对 优 化后 的转 向器支 架 模型 进行 离 散化 ， 获得模 型
共 包含 节 点 ５ ６ １ ７ １ ，单 元 １ １８ ７ ６ ，如 图 ８ 。边界 条件 不
变 ，获 得支 架 的等 效应 力云 图，如 图 ９ 。最 大应 力 点在
ＭＡＸ处 ，为 ２ ８ ５ ＭＰ ， 由此 可见 ，结构 调整 后支 架 ５ ．８ ａ 最 大 应 力 的位 置影 响小 大 ，而 最大 等 效 应 力值 减 少 了 １ １ ４ Ｍｐ ０ ． ６ ，降低 百分 比为 ２ ．１ ８ ８％，从而 降低 质量 的 同时 ，支架 的 结构 强度 得 到很 人 改善 ，实现 了强 度质 量 比的提 高 。
Ａｂ ｔ ａ ｔＡ ｒ ｃ ｓｏ 一 ｇ ｏ ｔ ｃｍ ｏ ｅ ｆ ｈ ｅ ｉ ｔ ｏ ｕ ｏ ｔ ｓ ｓａ ｌ ｈ ｄｂ ｓ ｎ ｅｄ ｓｇ ｍ ｏ ｅ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｐ ｅ ｉｉ ｎ ３ Ｄ ｅ ｍｅ ｒ ｄ ｌ ｔ ｅｒ ｄｒ ｃ ｒ ｐ ｒ ｗａ ｔ ｂ ｉ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇｔ ｅ ｉ ｎ ｄ ｌｒ ｉ ｏ ｅ ｓ ｅ ｓ ｈ ｏ Ｓ ｏ ｋ ｅ ｃ ，ｎ ｅ ｇ ｃ ｌ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ｄ ｌ ｕ ｄｂ ｓａ ｉｈ ｄ Ｔ ｅｍａ ｎ ｄ ｓｇ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ＡＮ ＹＳ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ａ ｄ ｔ ｎ ａ ｌ ｉ ａ ｉ ｅ ｅ ｎ ｈ ｏ ｉ ｆ ｅ ｍｏ ｅ ｗｏ ｌ ｅｅ ｔ ｌ ｅ ． ｈ ｉ ｅ ｉ ｎｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｗａ ｅ ｕ ，ｃ ｏ ｄ ｎ ｌ ｃ ｏ ｌ ｈ ａ ａｙ ｉ ａ ｏ ｔ ｈ ｅａ ｉ ｎ ｈ ｐｂ ｔ ｅ ｅ ｉ ｎｐ ｒ ｍｅｅ ｔ ｕ ｌ ｙ ａ ｄ ｓｓ ｔ ｐａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｙ ｔ ａ ｃ ｍｐ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｂ ｕ ｅｒ ｌｔ ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｄ ｓｇ ａ ａ ｔｒ ｏ ｓ ｔ ｏ ｗｉ ｑ ａ ｉ ｎ ｈ ｔ
基于仿真的汽车转向管柱模态分析
转 向管 柱总成 是汽 车转 向系统 的最 基本 组成部 分之一， 它是 决定 汽 车行 驶 安 全 性 与可 靠 性 的关 键 部 件 。如何保 证转 向管 柱总 成符合设 计 的性 能要求
是人们 最关 注 的问题 ， 中对 转 向 管柱 总成 的 模态 其 分析 是保证 和提 高产 品质量 的一个 重要 环节 。车身 结 构 本身是 一个无 限 多 自由度 的振 动 系 统 ， 外界 在
厚 度 。电机需 采用简 化 的壳体 处理 ， 通过 改变厚 度 、
／ 一 型 ／
图 ２ 简 化 的 方 向盘模 型 图 ３ 部 分 内 管
表 １ 模 型 单 元数 与节 点 数
密 度来 调节 电机 的质量 和质 心 。方 向盘 的气 囊模块 采 用质 量点 表示 ， 他构 件 均采 用 壳单 元 。 图 １ ３ 其 ～
２ ８
Ｈ ｉ ｈ ｙ Ａｕ与 ｏ ｉｅＡｐ运 ｔｏ ｓ ｇ 公 路 ｔ ｍ ｔｖ ｐｌｃ ｉｎ ｗａ ｓ ｏ 汽 ｉａ
第 ６期 ２１ ０ １年 ｌ １月
基 于仿 真 的汽 车 转 向管柱 模 态分 析
孙 连 伟
（ 宁省 交通 高等 专 科 学 校 ， 宁 沈 阳 １０ ２ ） 辽 辽 １ １２
ห้องสมุดไป่ตู้
总第 １ ７期 ４
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕｏ ｔｖ ｐｌｃ ｔｏ ｓ ｔｍｏｉｅ Ａｐ ｉａ ｉｎ
表 ２ 模 型 材 料 参 数
公 路 与 汽 运
２ ９
图 ‘ 转 向管 柱 初 始 模 态 分 析 结 果 ６
近 ， 明模 拟频 率值 比较 准 确 ， 型搭建合 理 。接下 证 模 分析 。选 取 仪 表 板 横 梁 上 所 有 的部 件 作 为 设 计 变 量 ， 解 出灵 敏度 高 的部 件 （ 图 ４所示 ） 求 如 。图 ５为 初始 仪表 板横 梁结 构 ， 中标 注 的部 件 为 灵 敏 度 高 其
汽车转向管柱支撑结构碰撞过程分析与改进设计
模拟汽车事故的模型
模拟结构大变形的模型 汽车碰撞中车身结构的 刚度、 强度、 变形分析 模拟人体整体动力学 响应的模型 模拟人体局部结构的 生物力学模型 汽车碰撞中人体和约 束系统的动力学分析 法规制定中人体伤害 指标的确定
!
汽车碰撞的有限元分析方法特点
在汽车碰撞过程中， 碰撞动能主要通过汽车压溃
区的变形来吸收， 因此， 如何计算模拟碰撞过程中汽 车构件的变形过程， 就成为汽车碰撞过程中的关键问 题。 由于汽车碰撞过程时间极短， 而且汽车构件形状 复杂， 边界条件也很难确定， 因此使用传统的计算方 法根本无法进行。 目前， 国内外用于汽车碰撞模拟的 模型， 主要采用! 类， 见附表。 本文是用有限元方法对汽车转向管柱支撑结构 进行碰撞模拟分析的。 采用有限元方法进行模拟计算， 具 有以下特点： 采取不同的 " 可以根据不同要求， 单 元 数量 、 种类 和 精 度 ， 以 达 到所 需 要 的计算精度； 无需 # 可以完全依靠计算机工作， 手工计算； 可以迅速得到结 $ 在结构设计时， 果， 对 结 构 进行 修 正 ， 并 减 少 样车 的 试 制数量； 可以很 % 如果建立起结构数据库， 方便地进行结构设计与方案比较， 大大 提高设计工作的效率。
自从上世纪 !" 年代梅塞德斯—奔驰公司第一次 进行碰撞试验以来， 直到上世纪 #" 年代末期， 汽车对 障碍物的碰撞试验是评价车辆安全性能的唯一方法。 随着计算机技术的发展， 为了减少碰撞试验的高昂费 用， 缩短开发周期， 各大汽车厂商纷纷转向计算机模 拟碰撞计算。
模 型种类
附表
汽车碰撞的主要模型类型 主要用途 碰撞中汽车运动的分析 模 拟方法 刚体分析方法 离散参数分析方法 有限元分析方法 多刚体分析方法 有限元分析方法 有限元分析方法
基于ANSYS的汽车电动助力转向系统的有限元分析_袁崇辉
Ι θ + Kθ = T 其中： Ι = 0
（4） 0 Ιc 0
0
Ιm
Ιs
0
0 ，θ = θ c ，T = T c ，
θs
0
θm
Ts
Tm
m 2 K = － GK m G K m + K s K － ks
将上下轴承均简化为由四个均布的弹簧组成ansys分析中每个弹簧用一个弹簧单元combin14模拟为了限制转向柱轴向的位移在转向柱与弹簧相连接的t5t6t7t8四个节点上加上ux约束在弹簧的另一端t1t2t3t4为完全固定振型分析分析只考虑转向盘电动机转子和输出轴的集中质量影响忽略系统的库仑摩擦建立动力学方程分别为输出轴电动机转向盘的转动惯量并分别取值0
动机的输出给驾驶员提供转向助力，因其具有环保节能、 高度 控制性、高性能化等优点得到广泛的应用。 但在使用电动助力 转向系统的过程中，经常会发生振动现象，从而影响驾驶的舒 适性和安全性，严重情况下会造成电动助力系统不能正常工 作。通过对汽车转向柱振动模态进行分析，得到转向柱的一阶 固有频率，以检验其性能是否符合转向柱设计规范的要求。 转 向柱振动模态分析采用大型、 通用的有限元分析软件 ANSYS 完成。
0
引言
电动助力转向系统完全抛弃了液压执行机构，直接通过电
ANSYS 分析中每个弹簧用一个弹簧单元 combin14 模拟，为了 限制转向柱轴向 的 位移，在转 向柱与 弹簧相连 接 的 T5 、 T6 、 T7 、T8 四个节点 上加 上 UX 约 束，在 弹簧的另一端 T1 、 T2 、 T3 、T4 为完全固定［2］ 。
收稿日期： 2011 － 07 － 13
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汽车转向管柱的有限元分析
作者：唐琳
来源：《科学与财富》2017年第30期
摘要：运用有限元分析软件，对某新型轿车的转向管柱支架进行了分析。
有限元分析结论与实测情况相符，确认原有管柱支架结构需要进行改进。
文章通过分析原有管柱支架的应力分布情况，提出相应的结构改进方案，再用有限元分析法从众多的备选方案找到最佳改进方案。
改进后的管柱支架样件经装车测试，达到使用要求，改善效果明显。
关键词：转向管柱；有限元；分析
随着社会经济和汽车工业的发展，汽车变得越来越普及。
汽车转向管柱作为驾驶员操控汽车的重要部件，其安全性和可靠性显得尤为重要。
在汽车行驶的过程中，任何来自转向管柱的异响、卡滞和变形过大都会给驾驶员造成很大的心理压力，影响行车安全。
转向管柱主要包括转向轴总成、上柱管、管柱支架、紧定螺栓、拉脱锁、下柱管、下支架、旋铆销轴、锁定手柄等。
转向轴总成通常是上端加工有连接花键，用来安装方向盘；下端焊接有万向节总成，与转向器连接，实现转向扭矩的传递。
上、下柱管装配在一起，通过管柱支架和下支架安装在车架上。
拉脱锁与管柱支架通过注塑装配在一起。
1 问题提出
某新型轿车在转向管柱试装车时发现，用力晃动方向盘，可以感觉到方向盘有较明显的上下位移。
当一个体重约60kg的测试人员完全悬吊在方向盘上时，可观察到管柱支架的拉脱锁安装位内侧有明显的永久变形。
由于我国现行的汽车转向管柱总成标准中，没有对该变形量的检验方法和指标，因此，参考某轿车转向系统的相关标准，在转向轴顶部（即输入端）装上方向盘，沿垂直于轴线方向施加280N的静载荷。
测得方向盘中心点的位移为2.3mm，有较明显的移动手感.通过观察和测量，可初步确定其原因为支架的强度和刚度不够。
2 原结构有限元分析
2.1模型简化
管柱支架构比较复杂，支架翼板与立板焊接，拉脱锁与翼板间通过注塑销连接，弹簧挂孔处于翼板与立板焊缝旁边。
通过分析其工作状态和外载荷情况，在不影响分析结果的前提下，对模型作如下简化：不考虑管柱支架重力的作用；忽略焊缝的影响；忽略远离应力集中区的复杂局部结构影响；根据圣维南理论，将竖直方向的两个安装板结构简化，同时将集中载荷换算为等效的面载荷。
2.2 材料特性参数
用线弹性材料本构模型模拟支架钢材，管柱支架的材料为：SPHC热轧钢板，FB3.2（PT.B）×1200（EC）；弹性模量：E=200GPa，泊松比：μ=0.3；屈服极限：σS=410Mpa。
2.3 模型网格划分
选用8节点solid92单元，以智能网格与局部加密的方法，将模型划分为网格形。
2.4 载荷与约束
根据管柱支架受力分析，在转向盘的中心施加280N的静载荷，可转化为管柱支架安装板受到竖直方向的等效均布载荷7.6MPa。
由于拉脱锁对支架的约束，限制了支架Y方向（竖直方向）的位移，所以，在安装拉脱锁区域施加UY 约束。
拉脱锁的V面限制了支架在前后和左右方向的位移，因此在V面上施加全约束。
2.5 结果与分析
模型划分网格后，施加约束和载荷，分析得到的结果如下：
最大合成应力出现在弹簧挂孔处，其值为474MPa，大于材料的屈服强度
（σS=410MPa）。
支架的最大合成应变为0.3mm，最大合成应变出现在远离V型槽的部分。
支架的应变反映到转向盘中心点，其位移为2.27mm，与实测结果相符，说明该有限元模型的分析结果是可信的。
该结构的支架应力集中情况明显，在方向盘上280N负载的作用下，应力集中的部位会产生塑性变形。
因此，通过有限元分析可以认定，原结构的支架强度和刚度都不够。
3 支架结构改进与有限元分析
鉴于管柱支架原结构不能满足使用要求，有必要在不影响管柱及其相关部件装配的前提下，对管柱支架的结构进行改进。
改进可从以下方面进行考虑：
（1）支架翼板的厚度偏小是造成强度和刚度不够的原因之一，可以通过适当增加翼板厚度来改善结构的强度和刚度。
（2）由于应力集中点出现在弹簧挂孔处，因此，可以在不影响功能的情况下，将该弹簧挂孔到移出应力大的区域，降低局部应力。
（3）支架立板与翼板的连接长度偏小，使得应力集中在弹簧挂孔处。
如果适当增加连接长度，可以使应力分布趋于均匀。
（4）弹簧挂孔附近的圆角和直角也是造成该处应力集中的因素之一，取消圆角和直角不但能缓解应力集中，也能降低加工难度。
（5）支架翼板左右两端的翻边应力很小，而且加工比较困难，可以将该处的翻边直接省去。
尤其是在增加翼板厚度的情况下，更有必要省去翻边。
综合考虑管柱支架的安装和连接、板材选用、冲模更改、工艺改善、成本估算等各方面因素后，对管柱支架的结构进行改进。
通过使用有限元分析软件对大量备选方案进行分析和调整，最终确定改进方案为：翼板厚度由3.2mm增加到4.8mm；弹簧挂孔后移25mm；支架立板长度加长10mm；弹簧挂孔旁的棱边外移，直到与V槽口相连；支架翼板左右两端不翻边。
通过对选定的改进方案进行有限元模型建立、划分网格、施加载荷和分析求解后，得到的分析结果如下：最大合成应力出现在两边V型槽口处，其值为275MPa，小于材料的屈服强度
（σS=410MPa）。
支架的最大合成应变为0.12mm，支架的位移反映到转向盘中心点，其位移为0.9mm，移动的手感不明显。
因此，改进后的支架结构强度和刚度足够，加工方便，能满足安全使用要求。
4 结论
本文采用有限元分析软件，对某新型轿车的转向管柱支架进行了分析，结果发现强度和刚度不够。
有限分析结论与实测情况相符，因此确认了原有管柱支架结构需要进行改进。
通过分析原有管柱支架的应力发布情况，提出相应的结构改进方案，再用有限元分析法从众多的备选方案找到最佳改进方案。
缩短了改型设计周期，节约了成本。
改进后的管柱支架样件经装车测试，刚度和强度均达到使用要求，变形情况得到了明显的改善。
随着计算机软件技术的发展，虚拟设计在汽车转向系统设计中的应用将更加广泛。
参考文献：
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