车轮支架结构设计和有限元分析_3097
基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究(综述)
基于有限元分析的聚氨酯实心轮胎结构设计的实验研究：文献综述摘要：聚氨酯实心轮胎因弹性高、耐磨性能好、使用寿命长等优点受到了众多研究者的青睐。
简要介绍了聚氨酯实心轮胎的发展历程及国内外研究现状，以及聚氨酯实心轮胎的在低速重载领域中的优势。
介绍了几种测量聚氨酯实心轮胎温升的主要技术手段并阐述了降低实心轮胎温升的结构设计的新理念。
关键词：实心轮胎结构设计聚氨酯温度场一、前言轮胎从诞生至今已有一百多年的历史，它随着汽车的发展而发展。
为了抓住汽车工业迅猛发展带来的良好机遇，各大轮胎厂商都在抓紧研发适合社会需求的高性能轮胎，这也要求轮胎厂商在轮胎大批量推向市场之前，能够准确获知轮胎的各项性能指标，特别是轮胎的耐久性和高速性[1]，因为轮胎的性能好坏直接影响着汽车的行驶安全性。
鉴于轮胎的在汽车工业的重要性，目前各国轮胎和研究中心都在大力从事改进轮胎质量的研究工作[2]。
90 年代以来，国外超级轮胎公司竞相开发具有节能、减少污染、高速、安全、耐用等优良综合性能的高性能轮胎，最典型的称为“绿色轮胎”[3]，或称为节能轮胎、环境轮胎、安全轮胎、全天候轮胎等。
这些高性能轮胎的最大特点是同时具有低的滚动阻力、高的抗湿滑性以及高的耐磨性等优良综合性能。
橡胶轮胎虽然具有很好的性能，但也有其固有的弱点，那就是胎面容易分层，并且其生产工艺复杂、耗费时间。
因此，汽车轮胎制造公司早在2 0 世纪5 0 年代起就一直致力于开发出一种能够替代橡胶的新材料。
由于聚氨酯轮胎在耐磨性、滚动阻力以及抗撕裂性等方面都明显优于子午线轮胎，同样尺寸的聚氨酯轮胎负重容量是橡胶轮胎的6 - 7 倍，其生产过程可以实现连续化和自动化，在生产和使用过程中产生很少废料，而且更为重要的是废旧轮胎的部分胎体可以回收用于制造其它聚氨酯产品，不会造成环境污染，并且其制造工艺简单，因而被人们称为2 1 世纪的绿色环保轮胎[4]。
二、国内外聚氨酯实心轮胎的发展状况随着工业车辆和其它各种特殊用途车辆对轮胎性能要求的不断提高,传统的充气轮胎在某些场合已不能满足使用要求。
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究
铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究摘要：随着汽车工业的发展，轻量化设计成为将来汽车工程的一个重要方向。
车轮作为汽车的重要组成部分之一，其结构设计直接关系到汽车的性能和安全。
本文旨在通过有限元分析与实验研究的方法，探索铝合金车轮结构设计的优化方案，以达到轻量化和高强度的目标。
关键词：铝合金车轮、有限元分析、实验研究、结构设计 1. 引言随着汽车工业的不断发展，节能减排、环境友好以及安全性能成为汽车设计的重要关注点。
由于铝合金材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等优势，因此在汽车制造领域得到广泛应用。
车轮作为汽车的关键组成部分之一，其结构设计对车辆的操控性能、燃油经济性以及乘坐舒适性等方面有着重要影响。
2. 有限元分析有限元分析是一种通过将实际结构离散化为有限个单元，采用数值计算方法对结构进行力学分析的方法。
本文选择ANSYS软件进行有限元分析，模拟铝合金车轮在不同载荷情况下的应力、应变分布。
3. 实验研究为了验证有限元分析的结果，本文进行了一系列的实验研究。
首先，通过采用合适的材料与工艺条件，制备出铝合金车轮样品。
然后，在实验室环境下，模拟真实道路条件进行加载实验，测量并记录车轮在不同载荷情况下的应力、应变数据。
最后，将实验结果与有限元分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。
4. 结果与讨论基于有限元分析和实验研究的结果，发现在铝合金车轮的结构设计中，提高轮辐与轮毂的连接方式对车轮的强度和刚度具有重要影响。
通过优化连接方式，可以提高车轮的整体强度和刚度，提高其承载能力和抗疲劳性能。
此外，选用合适的铝合金材料以及适当的加工工艺，也能够有效地提高车轮的强度和刚度。
5. 结论本研究通过有限元分析和实验研究的方法，探索了铝合金车轮结构设计的优化方案。
结果表明，在设计铝合金车轮时，合理选择轮辐与轮毂的连接方式、选用适当的铝合金材料以及优化加工工艺等因素都对车轮的强度和刚度具有重要影响。
2021有限元分析下越野车备胎车架的结构改进设计范文2
2021有限元分析下越野车备胎车架的结构改进设计范文 摘要：本研究对象选择高机动型越野车，车架结构和车操控、安全、可靠、经济等性能息息相关。
越野车行驶承受载荷也复杂，可导致车架扭转、弯曲以及变形等，刚度不足的区域可能出现裂纹。
利用静态分析法，并使用惯性释放法，对于车架强度进行计算，将约束点反力应力以及变形问题产生的影响有效消除，保证该数据获取的精准性。
关键词：越野车;车架; 有限元分析; 结构优化; 0引言 我国的汽车技术资源相对匮乏，并且产业起步相对较晚，汽车生产之后，主要利用试验方式对于设计问题展开检验，不但耗时耗力，而且可靠性不高，存在较高风险。
计算机技术的普及，有限元软件的应用，能够对于汽车、零件等展开分析，建立计算模型，通过模态分析掌握车架动态性能，进而对其结构加以优化。
在振动理论不断发展过程中，越野车制造商高度关注动态仿真测试对于车身结构设计产生的影响。
在越野车行驶过程，可受到动荷载，并且在时间不断推移之后，当外界的激励频率和某一零件或者整车的固有频率高度吻合，极易产生共振问题，致使车身材料出现疲劳失效这一问题。
借助静力学以及动态特征展开仿真分析，结合分析结果，能够为越野车的结构优化以及整车性能的提升奠定良好基础。
1有限元分析介绍 所谓有限元分析，主要是借助数学近似法，模拟几何图形以及荷载工况，并通过有限元单元对于真实系统展开分析，通过有限量探究未知量，甚至无限量。
简单来讲，有限元分析的过程也是化繁为简的过程，使用大量简单函数替换复杂的函数模型。
流程为先建模，之后将结构离散化，对单元以及整体展开分析。
2越野车车架的有限元分析 2.1模态分析 在高机动型越野车结构中，车架属于其承载系统，对于其展开模态分析，有助于研究人员了解车架振动特点，进而判断其是否和整车需求相符，避免出现设计、布局等缺陷，导致车身产生共振问题。
对车架展开有限元分析，能够为其设计提供理论依据。
按照模态分析这一理论，车架结构自振的频率和其结构阻尼矩阵以及外力等不相关，故此，分析越野车的车架模态时，无须将荷载问题考虑其中，将荷载以及约束条件去除[1]。
有限元分析在37.00R57巨型工程机械子午线轮胎结构优化中的应用
本 工 作 ：／：Ａｂａｑｕｓ有 限元 分 析 软 件 ，考 虑 轮 胎 变形 的几何 非线 性 ，以及 轮胎 与地 面 、轮胎 与轮 辋 的 大变 形 非 线性 接 触等 ，建立 子 午 线 轮胎 三 维 有 限元 模 型 ，对 采用 不 同设计 方 案 的３７．００Ｒ５７巨 型工 程机 械子 午线 轮胎 进行静 负 荷工 况下 的受 力 分 析 ，以期 通 过 分别 调 整 胎 肩部 位 两 层锦 纶 包 布 的宽度 ，来 降低 轮胎 肩部 的最 大剪 应力 ，利 用屈 雷 斯 加 （Ｈ．Ｔｒｅｓｃａ）和米 塞 斯 （Ｖｏｎ．Ｍｉｓｅｓ）屈 服 准 则 来 判断应力 大小 ，从 而得到优 化方案 。
关键 词 ：巨型工 程 机 械 子午 线 轮 胎 ；结 构优 化 ；有 限元 分 析 中 图分 类 号 ：Ｕ４６３．３４１ ．５／．６；Ｏ２１４．８２ 文 献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００６—８１７１（２０１６）０３—０１４７—０３
轮 胎 是 由橡 胶 和 骨 架 材 料 组 成 的复 杂 结 构 体 ，轮胎 各 部 件 之 间相 互作 用 使 其在 不 同工 况下 呈 现 出不 同的力 学特 性 。随着 有 限元理 论 和计算 机 科 学 技术 的飞 速发 展 ，有 限元 分析 技 术 在 轮胎 结构 设计 中的应 用得 到了蓬勃发 展 。
车轮支架结构设计和有限元分析_3097
【车轮支架结构设计和有限元分析】摘要：为了保证车轮冲击试验的安全和稳定，有必要对车轮支架进行三维模型的结构设计和有限元分析。
充分考虑冲击试验机的静态和动态受力效果，本文使用CATIA软件完成车轮支架模型设计，采用AnsysWorkbench有限元软件对车轮支架工作过程的仿真分析。
关键词：冲击试验；车轮支架；结构设计；有限元分析引言随着国民经济的快速发展和汽车的需求量得迅猛增长，我国汽车产业发展迅速，并且相继提高汽车技术水平，使得人们日益更加地关注汽车车轮对汽车行驶安全性和操纵稳定性的影响程度。
车轮试验机作为检验车轮性能的重要设备也在根据汽车的结构调整而不断发展，由于车轮性能的好坏直接影响到整个车辆的运行操作性能，并在对汽车的安全性和舒适性方面起至关重要的作用，因此，检验车轮性能也就变得尤为重要。
车轮试验机是检验车轮性能的设备，它一般包括车轮径向疲劳试验机、车轮弯曲疲劳试验机、车轮冲击试验机等。
一、车轮冲击试验机原理和标准车轮冲击试验机的基本原理是对安装在车轮支架上试验车轮施加一个相应的冲击力，用这个外加的冲击力模拟车轮在汽车实际运行中所承受到的外界给予车轮的侧向冲击载荷。
车轮试验机的基本操作过程，首先将试验车轮安装在具有倾斜角度的冲击实验工作台上，然后用国家规定的质量冲头，按照试验机国家标准所规定的高度自由落下，从而产生一个对试验车轮的冲击作用。
根据试验机国家相关标准要求，试验车轮在受到冲击试验后，该车轮轮辐不得出现有目测可见的穿透裂纹，同时其轮辐也不能与轮辋出现分离现象，并且试验车轮的轮胎气压不能在试验后的60秒的时间内出现漏尽现象。
如表1-1所示为车轮冲击试验的国际标准和国家标准。
通过对不同试验机标准进行分析，为了保证车轮冲击试验的数据可信和可靠，必须保证下面两个条件，一是冲击试验的下落物体的质量，另外一个就是冲击试验的下落高度。
为此，本冲击试验机的车轮支架受到的冲击力全部来源于由按照规定高度自由下落的冲击板所具备的动能而产生的，因此，可以通过模拟冲击板下落的高度和冲击板的质量，进而分析车轮支架的受力和变形情况。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-任务书
毕业设计任务书学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级指导教师姓名职称教授从事专业车辆工程是否外聘□是√否题目名称基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计一、设计（论文）目的、意义实现汽车轻量化，提高燃油经济性，是汽车节能的最有效途径之一。
汽车减轻自重，不仅可减小汽车的行驶阻力，降低油耗，还有利于改善汽车的转向、加速、制动等性能，有利于降低噪声、减轻振动，为实现大功率创造条件。
同时轻量化带来的低油耗，使汽车的废气排放减少，对环境的污染程度也减小。
汽车轻量化有两大途径：一是采用轻量化材料，例如采用超高强度钢板，铝合金、镁合金等轻质材料代替传统的钢铁材料；一是优化、更改汽车的结构，缩小零部件尺寸，最大限度地减轻零部件的质量。
全球汽车工业越来越注重汽车的轻量化，表现在铝及其合金在汽车材料中所占的比重越来越大。
铝的比重是铁的1/3，具有良好的导热、导电性能，其机械加工性能比铁高4.5倍，且其表面自然形成的氧化膜具有良好的耐蚀性；铝的铸造工业性能也比较好，可以获得薄壁复杂铸件。
现代轿车日益广泛使用铝材，已经成为一种趋势，例如轿车轮圈就是一个最明显的例子，80年代初，大部分轿车还是使用钢质轮圈，而今绝大部分轿车都是用铝合金轮圈了。
本课题借助CAD软件Pro/E，有限元分析软件ANSYS作为虚拟样机工具对给定的铝合金车轮进行强度分析，在保证强度和可靠性的前提下，对车轮进行优化，以进一步减少车轮质量，降低成本。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容：1.轿车铝合金车轮的初步设计；2.Pro/E建立车轮三维模型；3.有限元进行车轮强度静态分析；4.验证结果的可行性，改进设计，完成设计。
技术要求：1.以轿车铝合金车轮为设计对象；2.要求：有限元模型、载荷建立正确；3.生产纲领：成批生产。
三、设计完成后应提交的成果车轮有限元分析程序一份，车轮二维工程图一张，设计说明书2万字以上一份。
四、设计进度安排（1）知识准备、调研、收集资料、完成开题报告第1～2周（2.28～3.11）（2）整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、熟悉Pro/E、ANSYS软件的使用第3～5周（3.14～4.1）（3）理论联系实际分析问题、解决问题，使用Pro/E、ANSYS软件完成铝合金车轮的三维设计、进行强度分析等部分设计内容，中期检查第6～8周（4.4～4.22）（4）改进完成设计，改进完成设计说明书，指导教师审核，学生修改第9～12周(4.25～5.20) （5）评阅教师评阅、学生修改第13周（5.23～5.27）（6）毕业设计预答辩第14周（5.30～6.3）（7）毕业设计修改第15～16周（6.6～6.17）（8）毕业设计答辩第17周（6.20～6.24）五、主要参考资料1.许路萍，邵光杰，李麟，张恒华.汽车轻量化用金属材料及其发展动态.上海金属2.李明惠，卢晓春.CAD/CAE/CAM一体化技术在汽车轻量化中的应用.公路与汽运3.两本以上Pro/E、ANSYS相关书籍；4.汽车设计、汽车构造书籍；5.机械制图、机械设计、互换性与技术测量相关书籍；6.轿车铝合金车轮设计资料7.网络资源，超星数字图书馆8.近几年相关专业CNKI网络期刊等六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日。
农用鲜奶运输车主要零件有限元分析及设计方案
农用鲜奶运输车主要零件有限元分析及设计方案农用鲜奶运输车是用于运输牛奶的专用车辆。
随着人们生活水平的提高，对鲜奶品质的要求也越来越高。
因此，农用鲜奶运输车的设计更加注重安全性和稳定性。
本文将对农用鲜奶运输车的主要零件——车桥、悬挂系统、车轮、车架等进行有限元分析和设计方案的探讨。
1. 车桥车桥是农用鲜奶运输车重要的承重组件之一，其坚固性和可靠性对车辆的安全运行至关重要。
有限元仿真可以帮助设计人员评估车桥结构的承载能力，并对其进行优化。
在设计中，需要考虑车桥的材料、尺寸、强度和刚度等因素。
此外，车桥还需满足减震、耐磨和防锈等要求。
2. 悬挂系统悬挂系统是农用鲜奶运输车的重要组成部分，其作用是在车辆行驶过程中减缓振动和减震。
悬挂系统的设计需要考虑路况、荷载和车速等因素。
针对不同的工作环境，可以采用不同的悬挂系统，包括簧片、气囊和液压等几种类型。
有限元分析可帮助评估悬挂系统的可靠性和舒适性，提高农用鲜奶运输车的行驶稳定性和安全性。
3. 车轮车轮是农用鲜奶运输车的关键组成部分，直接影响车辆的行驶稳定性和安全性。
车轮设计需要考虑材料、外形、重量、硬度和耐磨性等因素。
有限元分析可帮助评估车轮的承载能力和抗疲劳能力，提高车轮的使用寿命和行驶稳定性。
此外，车轮还需满足公路交通法规和相关标准的要求。
4. 车架车架是农用鲜奶运输车的骨架和支撑系统，其中包括前、中、后三个部分。
车架的设计需要考虑到载荷分配、受力分析、强度分析、疲劳分析等多方面因素。
有限元分析可帮助评估车架的稳定性、刚度和可靠性。
为了提高车辆的使用寿命和行驶安全性，车架使用高强度钢板制作，表面经过防腐处理。
总之，农用鲜奶运输车的零部件需要进行有限元分析和设计方案，以保证车辆的安全性和稳定性。
在设计过程中，应充分考虑路况、载荷、速度和环境等多方面因素，并试图提高车辆的运行效率和减少污染排放。
只有以科学的方式设计和生产，才能满足人们对高品质鲜奶的需求，同时也加强了整个农业生产链上的环节的安全性及透明度。
铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析
铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析摘要：现阶段，在各地进行物资交换的运输过程中，半挂车具有高效、灵活的优点，在运输领域发挥着重要的作用。
半挂车不仅可进行滚装运输、区间运输和甩挂运输，而且具有装卸方便，运输效率高、可靠、安全，运输成本低廉的优点。
半挂车将向节油环保、轻量化、专业化、多样化以及标准化未来的发展方向，对于不同半挂车生产厂家而言，半挂车车架在满足刚度以及强度的同时，半挂车车架的轻量化不仅会为企业自身带来更大的利润，也会提升企业自身的市场竞争力。
因此对半挂车车架进行有限元分析与轻量化问题的研究有着十分重要的意义。
关键词：铝合金；半挂车车架结构设计；有限元分析引言随着我国经济的快速发展，电商、快递业爆发式增长，货物运输量剧增，导致商用物流车需求加大，物流运输行业竞争加剧。
为控制成本，增加货运量，各物流企业对车辆的性能、油耗、载质量利用率要求越来越高，而解决上述问题的最佳方案莫过于减重。
轻量化对传统燃油汽车可显著降低油耗，对新能源汽车可增加续航能力，对于商用物流车最明显的优势是多拉货物，空载降低油耗，从而在相同运费情况下降本增效。
车架是半挂车最关键的部件，承载着整车载荷。
因此，车架轻量化要充分考虑其强度和刚度，目前钢制半挂车车架纵梁、横梁普遍采用高强钢板冲压、折弯成型，再焊接而成。
相对于低碳钢车架，高强钢车架在钢板壁厚上做了一定程度的减薄，因其材料屈服和抗拉强度高，也能满足使用要求，轻量化效果也不错。
但因钢板壁厚薄，工作环境恶劣，容易锈蚀，影响车架强度，使用寿命很短。
铝合金密度仅为钢的三分之一，其表面有一层致密的氧化膜，可隔绝空气与铝的接触，作为车架材料永不生锈。
通过合理的结构设计，将铝合金应用于该领域，实现轻、强、耐用的效果，对半挂车的轻量化很有意义。
1半挂车车架有限元分析1．1有限元法概念有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解，具有计算精度较高的优点，可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。
子午斜交轮胎力学性能有限元分析
子午斜交轮胎力学性能有限元分析
有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，通过将连续体划分为有限的单元，建立离散的有限元模型，然后采用适当的数学方法求解模型，从而获得所研究对象的力学性能。
在子午斜交轮胎力学性能有限元分析中，可以从以下几个方面进行研究。
首先，可以分析轮胎在负荷作用下的应力和应变分布情况。
子午斜交轮胎中的帘线结构会在外力作用下产生应力和应变，通过有限元分析可以研究不同负荷条件下的胎体变形和应力分布情况，了解胎体在运动过程中的受力情况。
其次，可以研究轮胎在不同地面条件下的接地性能。
子午斜交轮胎的纤维帘线结构可以提供更好的抓地力，有限元分析可以模拟轮胎与地面之间的接触情况，研究轮胎在不同地面条件下的接地性能，如附着力、抓地力等，以帮助轮胎设计和优化。
此外，有限元分析还可以研究轮胎的胎垫变形和刚度特性。
胎垫是轮胎中的一个重要组成部分，它直接影响轮胎的舒适性和操控性能。
通过有限元分析，可以模拟轮胎负荷下胎垫的变形情况，并计算胎垫的刚度，以评估轮胎的舒适性和操控性能。
最后，有限元分析还可以研究轮胎的耐磨性能。
子午斜交轮胎的纤维帘线结构具有较好的耐磨性能，有限元分析可以模拟轮胎与地面之间的摩擦情况，计算轮胎在不同工况下的摩擦力和磨损情况，以评估轮胎的耐磨性能。
综上所述，子午斜交轮胎力学性能有限元分析可以从应力和应变分布、接地性能、胎垫变形和刚度特性以及耐磨性能等多个方面进行研究，为轮
胎的设计和优化提供科学依据。
通过有限元分析，可以详细了解子午斜交
轮胎在不同工况下的力学性能，从而提高轮胎的使用寿命和性能。
有限元分析在轮胎设计中的应用
有限元分析在轮胎设计中的应用作者：北京化工大学杨卫民谭晶李锋祥来源：雅式工业专网早期的轮胎生产完全凭经验进行，并无理论可言。
最先提出的自然平衡轮廓理论就带有明显的想象和经验色彩。
另一方面，轮胎结构设计理论的发展是与轮胎力学分析理论的发展息息相关的。
随着轮胎力学分析理论从网络理论、薄膜理论、层合理论、薄壳理论发展到有限元分析理论，轮胎结构设计理论也从自然平衡轮廓理论、最佳滚动轮廓理论发展到动态模拟最佳轮廓理论以及第二代预应力和动平衡轮廓设计理论等十多种理论。
最佳滚动轮廓理论(RCOT）RCOT是一种确定轮胎断面轮廓的理论，着眼于行驶时的轮胎轮廓，最先由日本普利司通公司于1985年提出。
它是通过预先控制轮胎充气时在带束层和帘布层上产生的张力分布，以使行驶时的张力分配达最佳状态。
普利司通独创的有限元法轮胎分析程序在该理论的创建中发挥了重要作用。
以这种理论设计的轮胎滚动阻力低，接地面形状改善，生热低，稳定性、操纵性都有大幅度提高。
但该理论仅考虑了胎侧部位的形状，对于胎冠形状的影响以及诸如材料分布和材料特性等内部结构特性的影响则未考虑。
负荷下最小应变能理论负荷下最小应变能理论（STEM）是1988年日本横滨公司为了解决钢丝载重子午胎的带束层端部和胎体帘布层反包端部容易出现应力集中问题而提出的。
该理论认为：为了提高耐久性，必须使带束层端部与胎体帘布层反包端部承受负荷时的应变能同时减小，而这两个端部的应变能通常是一方减小，则另一方增大；另外，轮胎变形时属于大变形。
针对上述状态，横滨公司开发了三维非线性结构有限元程序对其进行精确计算，并把它设计成CAD 程序投入使用。
采用STEM理论设计的轮胎，能大幅度提高带束层、胎圈部位的耐久性、耐偏磨性，有效降低了行驶中轮胎的表面温度，提高了轮胎的耐久性能和操纵稳定性。
动态模拟最佳轮廓理论（DSOC）DSOC是属于借助大型电子计算机对轮胎的行驶状态进行模拟的第三代轮胎设计理论。
基于有限元的小型轮拖安全架强度分析
中 图 分 类 号 ：￥ ４ ６ ３ ． ８ １
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ５ ５ ５ ３（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ － ０ １ ９ ３ － ４ ０
实 车试验 是破 坏性 试验 。费用 大 ，耗时 长 。为 了减 小 研 发成 本 ，缩短 产 品的开 发周 期 ． 目前 国 内外 大多 数 农 机生 产企 业及 相关 科研机 构 都将 计算 机 有 限元技 术 引 入安全 架 结构 部件 的研发 和 设计 中 目前有 限单 元 法 是 最 为 成 功 和 有 效 的数 值 计 算 方 法 ．可 以 给 零 部 件 的设 计 与优 化 提供 了方 向和理 论 依 据【 ４ ］ 本 文 采 用 ＡＢ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有 限元 软件 ．对 某一 新型 安全 架进 行有 限元
第３ 卷
第 ６期
中国 农 机 化 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ６
ＮＯ Ｖ ． ２ ０ｌ ３
２ ０ １ ３年 １ １月
轮拖 安全 架 的实 车试验 具 有很 大 的不确 定性 ．且
图 ２ 翻 车 时 安 全 架 受 力 示 意 图
Ｆ ｉ ｇ ．２ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｓ ｆｅ ａ ｔ ｙ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｕ ｎｉ ｒ ｎ ｇ ｏ ｖ ｅ ｒ
摘 要 ：为 研 究 小 型 轮 拖 新 款 安 全 架 的 安 全 性 能 ．利 用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软 件 对 该 款 安 全 架 进 行 了 强 度 分 析 。 为 了探 究 安 全 架可 能发 生的损 伤 ．在 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ环 境 下 对 安 全 架 进 行 了 纵 向 加 载 试 验 、压 垮 试 验 和 侧 向 加 载 试 验 。 试 验 结 果 表 明 ： 该 款 安 全 架 抗 压 垮 能 力 好 ． 翻 车 时 可 以 有 效 支 撑 出 安 全 三 角 区 。 符 合 安 全 性 能 要 求 ；但 该 安 全 架 抗 侧 向力 的 能 力
轮式装载机前车架的有限元分析与结构优化
轮式装载机前车架的有限元分析与结构优化蔡应强;陈清林;丁旭光【摘要】Taking ZL50 loader as the research object,3D model was created by the Pro/E software.By importing the model to the ABAQUS software,the finite element model was established.Based on the dynamic finite element analysis of the loading-time course,the stress distribution graph of the front frame under typical working conditions was obtained. The results show that the local structural stress peak was too large and stress concentration points were too many under lifting and unloading working conditions.Increasing the reinforcing rib and the transition fillet at the stress concentration points,and optimizing the thickness of the reinforcing rib,the stress status of the front frame was obviously improved. The stress concentration phenomenon was eliminated.The safety coefficient was improved about 200%.%以某 ZL50装载机前车架为研究对象，利用 Pro／E 软件建立三维实体模型，导入 ABAQUS 软件建立有限元模型。
有限元法在轿车子午线轮胎结构分析中的应用
有限元法在轿车子午线轮胎结构分析中的应用有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它通过将复杂的结构划分为多个小单元，然后利用数值求解方法分析每个小单元的行为，最终得到整体结构的响应。
在轿车子午线轮胎结构分析中，有限元法可以应用于多个方面，如轮胎的悬挂系统分析、轮胎的承载能力分析等。
首先，有限元法可以用于轮胎的悬挂系统分析。
悬挂系统是轮胎与地面之间的关键界面，它直接影响到车辆的操控性能和乘坐舒适性。
有限元法可以对悬挂系统进行建模，将其划分为多个小单元，然后通过求解动力学方程，分析悬挂系统在不同路面条件下的响应。
通过这种方法，可以评估悬挂系统的刚度、阻尼等性能指标，为车辆的悬挂系统设计和优化提供参考。
其次，有限元法还可以应用于轮胎的承载能力分析。
轮胎的承载能力是指轮胎在负荷作用下的变形和应力分布情况，它直接影响到轮胎的寿命和安全性能。
有限元法可以对轮胎进行几何建模，并在其表面施加负荷，然后使用力学方程求解轮胎内部的应力分布。
通过这种方法，可以评估轮胎的抗压能力、抗剪能力等性能指标，为轮胎的设计和使用提供科学依据。
此外，有限元法还可以应用于轮胎的热力学分析。
轮胎在行驶中会受到摩擦热的影响，这会导致轮胎的温度升高，进而影响到轮胎的性能和寿命。
有限元法可以对轮胎进行三维建模，并在其表面施加摩擦热负荷，然后利用热传导方程求解轮胎内部的温度分布。
通过这种方法，可以评估轮胎的散热能力、热胀冷缩特性等性能指标，从而为轮胎的设计和使用提供指导。
综上所述，有限元法在轿车子午线轮胎结构分析中具有广泛的应用价值。
它可以用于轮胎的悬挂系统分析、轮胎的承载能力分析和轮胎的热力学分析等方面，为轮胎的设计和使用提供科学依据，不仅可以提高轮胎的性能和寿命，还可以提升整个车辆的操控性能和乘坐舒适性。
因此，在轿车子午线轮胎结构分析中，有限元法是一种重要的计算工具，值得广泛应用和深入研究。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-开题报告
将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但是数量很少，未形成气候。到加世纪 80 年代末， 我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮毂制造有限公司，其规模和设备都进入了世界先进行列。 加世纪 90 年代初，在广东出现了既生产汽车，又生产摩托车铝合金车轮的南海中南铝合金轮毂有 限公司，这两个生产厂的生产设备都已达到国际水平。但这段时期，因国内汽车和摩托车对铝合金 车轮的装车欲望还很低，钢圈仍占据着绝对统治市场的地位。随着我国公路设施的飞速发展，这两 个企业也分别在汽车、摩托车行业中积极地宣传，铝合金车轮开始以极其迅猛之势在全国得到推广， 生产铝合金车轮的工厂也像雨后春笋般出现，蔓延至全国。2002 年，我国轿车的铝合金车轮装车 率已接近 45%;摩托车的铝合金车轮装车率已逾 50%。综上所述，不难看出，铝合金车轮是现代车 辆轻量化、高速化、现代化的必然产物。
2）铝合金车轮的制造工艺 目前，整体式铝合金车轮的成形工艺有铸造、锻造两大方法。全世界 95%的铝合金车轮采用铸 造工艺，铸造又可细分为低压铸造、重力铸造和挤压铸造。国外铝合金车轮的制造方法以低压铸造 为主，大概占全部产量的 80%以上，少数企业采用锻造法、焊接组装法生产。最近，国外出现无气 孔压铸新工艺(充氧压铸法)，日本轻金属株式会社、美国铸锻公司已开始应用于生产。 国内铝合金车轮制造普遍采用成本较低的低压铸造工艺，约占全部产量的 80%以上，其次是采 用最简便的重力铸造工艺，约占其全部产量的 20%不到。上海金合利采用挤压铸造工艺，其产品质 量都有提高，取得较好的效果。在铝合金车轮加工方面，一般采用数控机床和高精度自动化柔性加 工系统;采用自动化涂装工艺，喷粉技术在表面涂装方面渐有替代喷漆之势，少数企业还采用先进 的真空电镀涂装技术;在热处理试验检测方面，基本都接近或达到国外先进水平。 3）基于 CAD/CAE 技术的设计方法 国外企业对 CAD/CAE 技术的应用已经较为成熟，在汽车领域中有限元技术应用也较为广泛。如 采用 CAD 技术进行产品的三维设计，采用 CAE 技术计算汽车零部件的应力和变形、进行结构强度和 刚度的分析;采用多体动力学方法进行汽车整车操纵稳定性和行驶平稳性的动态仿真分析;采用有 限元法进行汽车碰撞分析、汽车噪声分析、结构疲劳分析、振动模态分析等。国内 CAD 技术运用也 较为普遍，许多汽车整车及相关零部件制造企业早已使用 UG、PROE/、CATIA 等计算机设计软件作 为产品开发的主要工具，实现三维设计。而 CAE 技术对设计人员的知识水平要求较高，因此应用范 围有所局限，较多运用于高校及学术机构的研究，在企业中涉足较少。但近年来，随着国内市场于 国际接轨，对企业产品开发技术要求日渐提高，CAE 技术也慢慢在企业中发展起来，不少大型生产 企业已引进大型有限元软件并培训起自己的技术人员。实际应用表明，有限元技术的应用给企业带 来了许多实际效益。它使设计人员能在产品的设计阶段进行模拟仿真，及时发现设计中潜在并予以 修改，缩短了产品的开发周期，降低成本，提高产品质量和可靠性，因此在汽车及其零部件的开发 过程中己占有无可替代的地位。CAD/CAE 技术的提高对增强我国汽车工业自主研发能力和企业的国
复合材料自行车车架力学行为的有限元分析
复合材料自行车车架力学行为的有限元分析1 前言自行车是大众化的交通工具及高档的体育器材。
传统的自行车架主要采用钢及铝合金制造。
为了降低重量，改善行驶性能，先进复合材料被广泛应用于先进自行车车架设计与制造中。
复合材料车架具有高应力水平抗疲劳特性，高模量，高强度及重量轻等特点，其各向异性有助于车架的减重设计，优化其受力路径。
在复合材料自行车车架研制中，车架及其配件的力学分析是非常重要的，有助于车架结构的强度，刚度与稳定性预测及改进。
有限元是一种重要的数值分析技术，在结构应力应变分析中具有重要的作用，可以实现结构建模与网格划分、静力分析、非线性分析、动力学分析、优化设计等功能。
1986年有限元技术就被应用于钢和铝自行车车架的设计中，主要采用梁单元，可以模拟车架扭转、前叉受力、后座垂直受力的应力场及结构行为，得到了各种加载条件下车架的挠度，Mises 应力，应变能，强度等力学特性。
有限元技术也用于复合材料自行车架的结构设计与力学分析，主要采用壳单元，可以模拟车架复合材料层，分析铺层厚度及纤维方向对自行车力学性能的影响。
事实上，梁单元只能模拟厚度，直径及材料性能；壳单元可以模拟复合材料铺层影响。
2 复合材料自行车架碳纤维复合材料应用于自行车车架设计中，主要是：Diamond Lug;Monocoque Diamond;Beam;Other Monocoque。
原材料主要采用Carbon，Aramid,Boron,Glass,Spectra fiber等纤维，以及Epoxy,Polyester,Vinylester thermosetting等树脂，其中目前主要采用碳纤维和热固性树脂。
制造工艺采用缠绕工艺以及编织技术的RTM 工艺。
3 设计准则1）满足车架强度与刚度设计需求的前提下，保证车架最轻（1500G）。
2）满足车架整体及局部刚度，强度设计需求。
3）传力路线最佳，满足骑行省力。
4）满足骑行舒适性。
4有限元分析目的1）进行复合材料自行车车架优化设计，确定强度，刚度（扭转，离面，面内），重量，最优传力路径，安全可靠性。
_有限元技术在载货车辆车架分析中的应用
2006年第2期车辆与动力技术V ehic l e ＆Pow er T echno l ogy总第102期收稿日期:20050928作者简介:廖日东(1972),男,副教授.文章编号:10094687(2006)02005406有限元技术在载货车辆车架分析中的应用廖日东, 王 健, 左正兴, 冯慧华(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京 100081)摘 要:详细阐述了有限元方法在载货车辆车架结构分析中的关键技术应用,介绍了有限元方法在车架结构分析方面的主要研究课题,最后提出了该领域存在的一些问题.关键词:车架;有限元;刚强度;结构中图分类号:U 469.2;TB115 文献标识码:AApp li cati on of F i n ite E l e m entAnal ysis ofHeavy Vehicl e Fra m esLI A O R i -dong ,WANG Jian ,ZUO Zheng -xing ,FENG H ui -hua(Schoo l ofM echanica l and V ehicu l a r Eng i neering ,Be ijing Instit u t e o f T echno logy ,Be iji ng 100081,China )Abst ract :W ith r egar d to t h e struc t u re cha r acteristic o f heavy veh icles fra m e ,t h e derelop m ent of finite ele m en tm ethod is discussed detailedl y ,and t h e m a j o r r esea r ch dir ec tion o f t h e struc t u re analysis o f fr a m eby finite e l e m entm e t h od is introduced.In t h e end so m e existing proble m s in this fie l d and pu t far wa r d .K ey w ords :veh icle fra m e ;finite ele m entm ethod ;stiffness and str ength ;str ucture 增大车辆承载能力,实现结构轻量化,提高车辆的使用寿命,是载货车辆设计的首要任务[1].车架作为整个车辆的核心总成,其结构性能对车辆的整体性能有着很大的影响.车架是一种复杂的超静定结构.车架不仅要承担安装在其上面的部件和运载货物的载荷,而且还要承受行驶时路面不平带来的随机激励,以及动力传动系扭转振动的影响[2],这给车架的结构分析带来很大的困难.早在五六十年代,车架刚强度设计是经验设计方法,即利用材料力学、结构力学和弹性力学的经验公式对简化的车架结构进行分析设计[3].这种根据组合梁的刚强度理论来实现的方法简单易行,但是对结构做了大量的简化.因此不可避免的会造成车架各部分强度不合理的现象,达不到优化设计的目的.目前,有限元技术已成为车架结构分析领域中最为方便、准确的工具.美国Chrysl e r 公司的Rog -e rs 工程师对有限元分析与试验分析进行过比较,并指出有限元计算结果的最大变形误差不超过5%,而应力误差不会超过10%[4].1 有限元方法在车架分析中应用的关键技术1.1 有限元网格建模技术 有限元建模技术的发展主要经历了手工划分网格和基于几何体生成网格两个阶段.早期的有限元 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用网格是采用梁单元手工建立的,因其规模简单,计算快捷而得到了技术人员的认可,一个车架模型可以用100左右个节点来构成.为了降低模型的规模,需要对原模型做一定的简化,如:用直梁代替曲梁,省去非承载件(减振器支架和弹簧限位块等),圆整构件表面孔及台肩,合并相近节点等[5],如图1所示.尽管采用梁单元模型进行有限元分析可以得到较好的变形结果,但应力分析的能力却是有限的[6].此外,梁单元不能很好地描述较为复杂的车架结构,难以反映横梁与纵梁接头区域的应力分布,且忽略了扭转时截面的翘曲变形[7].图1 手工建立的梁单元模型板壳单元的出现弥补了梁单元模型的缺陷.使用梁单元和板壳单元的组合模型在几何和力学特性上更加逼近于真实结构[8].如图2所示,该模型可以考虑焊接形式、螺栓或铆钉位置、卷边、突起、交支撑等不同的结构形式.尽管这种模型无论从存储规模上还是从计算耗时上要求都相当的高,但随着计算机和软件技术的发展,实现这一目标也已经不成为困难.图2 手工划分的板壳模型随着有限元模型规模的增大,有限元前处理在分析过程中占据了越来越大的比重.这在时间和工作量上大大增加了技术人员的负担.因此,在CAD 建模的基础上出现了一种新型的网格划分方法———基于几何体生成网格的方法.基于几何体的网格生成方法是生成有限元网格最快、最有效的方法.网格尺寸可以直接在边、表面、实体上定义,实体的变动会自动的反映到网格的节点和单元中,大大提高了网格尺寸控制的灵活性.有限元网格的单元尺寸对计算精度有很大影响,一般来说,有限元网格越密,对精确解的数值逼近就越好,但是,越是细密的网格需要的计算成本就越高.文献[9]指出,模型所需单元数目是求解精度和计算成本相平衡的结果,这一结果取决于结构的性质、边界条件以及分析类型.李德信等人在SX360重型自卸车架的网格模型中用20×20mm 细化单元来模拟变截面区域,用80×80mm 的一般单元来模拟其余区域,用过渡单元来连接一般单元和细化单元的方法,保证了有限元计算的精度[10],如图3所示.图3 采用局部网格加密的模型图4 基于中面建立的有限元模近几年,有限元分析对网格划分这一环节的要求越来越严格.首先对实体进行提取中面的操作,然后基于中面模型来划分网格.为了得到更加精确的计算结果,有限元网格主要是在离散误差收敛性分析的基础上建立的.模型的网格密度要与预期的应力应变变化相适应,网格应该在负荷结构急剧变化的区域加密,这些急剧变化的区域一般发生在尖角、弯边、切口、连接点、集中载荷和约束点等处.对外形复杂的部位细化网格可以提高计算精度,而其它部位加大网格则可以提高计算效率.合理的网格优化可以提高计算效率而又保证计算精55车辆与动力技术2006年 度.图4为北京理工大学为北方奔驰某型载重汽车建立的车架有限元模型,该模型采用基于实体中面划分网格的方法,分别使用了梁单元、板壳单元、实体单元、刚性单元以及接触单元等多种单元类型,节点87307个,单元130321个.1.2 车架边界条件的施加技术车架计算的成败很大程度上取决于边界条件的处理.不同的分析工况决定着模型的载荷与约束形式.根据车辆实际运行时的受力情况,车架的应力分析一般仅考虑纯弯曲工况和弯曲扭转组合工况(简称弯扭工况).纯弯曲工况是指车辆的4个车轮在同一水平面上处于静止状态或匀速直线运动状态时的受力工况;弯扭工况是指车辆的右前轮抬起332mm 、左后轮抬起172mm 时的受力工况[11].由于模型简化以及求解方法的种种限制,早期的车架结构仅仅是把外载以集中载荷的形式施加在某个节点上,但像压力之类的分布载荷则需要其他方法.实际上,车辆行驶时由于行驶条件的复杂多变,车辆承受的载荷也是复杂多样的.车架承受的载荷主要包括以下几种:①车架和货箱之间的有效负荷,②驾驶室和乘员的载重,③动力传动系的动态激励,④悬挂系统的动态激励,⑤燃料箱及其他附件的载重作用,⑥车架自重.这些载荷有静态载荷也有动态载荷,其中,车架本身的自重由系统根据材料的比重自动处理为分布载荷加载到结构上,而驾驶室和乘员的重量以及车载附件的重量可以通过集中质量的形式施加在车架上,其重心位置以及与车架间的连接部位用多点约束分摊到相应的节点上.因为这些作用力是静态的,且作用点均为已知,这种简化可以起到减小有限元规模的作用.类似的简化在车架分析方面还有很多,如载货汽车的车架通过钢板弹簧与车轮相连,由于轮胎的变形相对很小,可以处理为车架通过悬架弹簧与大地相连接[12].在满足一定工程精度的条件下这样的简化是可行的.施加载荷时应尽量避免在一点施加集中载荷的出现,因为集中载荷是一种理想化的情况,它会产生一个无穷大的应力集中.可取的方法是用施加等效的均布载荷且加密周围的网格来代替,以在危险点附近得到较好的应力状况.对于车架和货箱之间的等效载荷,历辉和季万琼对此做了详细的探讨[13],解决了货箱纵梁向车架的传力以及货箱纵梁和车架纵梁之间力的分配问题.过去对车架进行有限元计算时一般不考虑货箱的结构形式,相应的只是以均布力的形式施加在车架上.这种简化的计算结果,应力值一般比实验值要大.由实验得知,货箱纵梁与车架纵梁是共同来承受弯曲的,因此,货箱的结构形式以及刚度特性对车架变形和应力分布影响很大,且车架与货箱之间的作用力以集中力形式传递.此外,车架强度随货箱载荷作用位置的移动也发生着变化,在后悬后部和前悬前部作用垂直向下的载荷时,车架上的应力主要是正应力;而其它部位作用同样载荷时,车架上应力主要是负应力[14].这为有效改善车架应力分布状况提供了参考.求解车架的平衡方程时,需要有足够的约束条件以消除车架的整体刚体位移,才能避免刚度矩阵的奇异性,求出车架因受力而引起的节点位移,但是又不能使车架结构产生过多约束.车架的约束条件其实是通过悬架和轮胎与大地相连来实现的,因此,忽略轮胎的变形后可以直接约束悬架的下端点.悬架的刚度和车架整体刚度比起来要小很多,仅约束悬架还是无法保证车架不发生刚体位移,可以通过在车架两端施加不同方向的软弹簧来实现车架的受力平衡,如图5所示.图5 使用弹簧元来约束车架刚体位移1.3 部件连接以及相互作用的模拟由于计算模型和计算精度的要求不同,连接特征的处理方法也存在着很大的差异.过去的做法是使用刚性连接来代替柔性连接,或将车架当作一个整体零件来处理.这样处理和实际情况有较大的误差,增大了车架结构的刚度和强度.如果不考虑零件间的装配和搭接作用,连接处的刚度可能会比实际情况增大几十倍甚至上百倍[15].目前,车辆行驶路面复杂多变,而且车速又高,铆钉及螺栓失效、连接板撕裂现象多有发生.分析原因可能是汽车行驶时车架受到扭转,使连接板产生应力集中,铆钉受到很大拉力造成[16].通常对车架强度起决56 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用定作用的是连接区域的正应力,如果忽略连接处的柔度将无法准确计算该区域的应力分布,给计算结果带来误差[17].关于铆接和螺栓联接的模拟,文献[18]中通过分析比较,认为以点对点的方式建立螺栓单元夸大了连接部位螺栓点的局部应力特征.实际上螺栓在预紧力作用下发生自锁,螺孔周向的点大致与螺栓点的位移相协调,因此,可以采用梁单元与多点约束相结合的连接处理方式,如图6所示.梁单元可以很好的反映出拉压和剪切变形.文献[15]中采用接触算法来进行模拟,计算的应力变形结果更加接近实际情况.由于连接处存在一定程度的应力集中,使得连接处总应力偏大,计算得到的车架将更加趋于安全.但这样做必然会带来运算时间的增加和资源的耗费.图6 螺栓联接的模拟对于焊接的模拟,由于焊接处刚度相对较大,所以将焊点和堆焊处理为刚性单元和多点约束.通过计算发现,影响焊点模拟精度的主要因素是焊点间的间距[19].当节点间距离较小时,采用刚性单元与采用多点约束的计算结果非常接近,而当节点间距离较大时,刚性单元偏柔软,而多点约束则偏刚硬.目前,一些通用商业软件如V irtual Lab 都相应开发了功能强大的焊接单元库,不仅可以考虑焊点和焊缝的区别,还可以选择象角焊、T 形焊等不同的焊接形式,精确度也是相当高的.对于主副纵梁之间的相互作用问题,当假设上下面完全固接时,用材料力学理论便可分析上下梁之间力的分配,但实际上主副梁之间是存在接触和滑移的.周中坚等人研究了货箱纵梁和车架纵梁之间的垫层接触[20],采用上下梁同时建模的方法,中间大变形的非金属垫层采用梁单元来模拟,不仅可以考虑垫层的大变形,还可以考虑上下表面的滑移变形,其计算结果与实测应力比较吻合,如图7所示.上下梁之间的作用方式是一种典型的接触传力,可以采用非线性接触理论来定义车架模型.尽管这种方法可以较真实地表达出传力关系,但必然会增加运算时间和资源耗费.文献[18]中根据薄壳及平板结构假设理论,采用多点约束中的滑移面方法来解决.对于接触点对间的滑移关系,可设为叠合面间法向方向刚性连接,切向方向相对滑动.图7 考虑垫层连接1.4 钢板弹簧的有限元模拟车架是同悬挂系统一起工作的,悬挂系统对车架的刚强度影响很大.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.在结构计算分析中常把悬挂元件与车架组合起来一起计算,车架的约束来自于与钢板弹簧相连的车轴、轮胎及地面.对于钢板弹簧模型的建立主要有以下几种方法:①把钢板弹簧理想化为两根垂直的弹簧单元和一个刚性单元,如图8所示.刚性梁单元起导向作用,弹簧单元起缓冲作用.这种模型计算结果比实际值偏高,实用性较差[21].图8 钢板弹簧等效模型②将钢板弹簧简化为变截面的梁单元,各单元的截面积可取实际结构的截面积.由于忽略了钢板之间的滑移,截面惯性矩要小于原结构的截面惯性矩,具体数值视钢板弹簧而定[22].③将钢板弹簧等效为一根水平放置的矩形截面梁[5].等效梁宽度B 取钢板弹簧片宽度,通过下式可以求得梁单元的截面高:H =3KL 3/4EB ,其中 K 为钢板弹簧铅垂方向上的装车刚度;B 为截面宽度,即为钢板弹簧的实际宽度;E 为等效梁的弹性模量;L 为等效梁的长度,即钢板弹簧活动吊耳与固定吊耳之间的水平距离.④副簧使悬架拥有较大的变刚度特性,当悬57车辆与动力技术2006年 架变形到一定行程后,副簧才参与支撑[23].文献[24]中考虑了副簧与副簧座的接触作用,将模拟前后板簧的弹簧单元下端分别固连在相应的刚性单元上,约束刚性单元的中心节点.该方法采用非线性静力求解,结果较为精确但计算十分耗时.也可以把副簧的作用简化为支反力施加到主簧上,这种做法为线性静力求解,可以使计算成本大大降低,但无法考虑副簧发生作用的时间历程.2 车架结构有限元分析主要课题2.1 结构静力学刚强度有限元分析 对车架进行静力学分析的目的是为了计算其在最大载荷作用下的变形与应力,以便进行刚度和强度的校核[25].使用有限元方法进行求解的过程中会遇到结构的性质、载荷与支撑条件、单元类型等问题.通常,车辆行驶的边界条件较为复杂,与车架结构强弱有直接关系的主要是弯曲工况和弯扭工况.2.2 结构模态有限元分析当外界激励频率与结构固有频率相互接近时,在小阻尼情况下结构将产生共振并伴随有较高的噪声,这将影响到整车以及部件的工作性能、寿命和可靠性.因此,应尽可能掌握结构的固有振动频率,避免共振的发生.固有频率和振型向量是表征振动系统特性的主要物理量,也是车架动态结构设计必不可少的参数.为了得到车架的固有特性,首先要对车架进行模态分析.对于车架这种具有上万自由度的复杂结构,求出全部固有频率和振型向量是相当困难的,也是没有必要的.结构的振动可以表达为各阶固有振型的线性组合,其中低阶的振型对结构的动力影响程度比高阶振型大.因此,低阶振型决定了结构的动态特性,只要计算少数的低阶模态参数便可满足动态分析的工程要求[26].模态分析对有限元网格的质量要求较高,建模时应尽量使单元大小均匀,减少畸形单元的出现.对车架动态特性的评价指标主要有:车架低阶频率应高于悬架下结构的固有频率,而低于发动机怠速运转频率,以避免发生共振现象;车架弹性模态频率应尽量避开发动机经常工作的频率范围;车架振型应尽量光滑,避免突变[8].这些指标对车架结构的合理修改起到一定的指导作用.模态试验分析可识别车架结构振动的模态参数,与有限元计算值比较,可以用来验证有限元模型的正确性.准确的有限元模型是确保计算结果正确的关键.但由于实际情况的复杂性,使有限元模型必须做很多简化,这便会产生误差.校正模型以及检验模型的准确性,就必须借助于模态试验.当有限元数值计算结果与试验结果相近时,建立的有限元模型才可用于后续的静态和动态分析.如果与试验结果相差很大,则要对有限元模型进行修改和优化,使计算结果与试验结果的差距在可接受的范围内[27].2.3 结构动响应有限元分析随着载货车辆工作环境的愈发复杂,仅仅把静强度作为车架结构强度衡量的唯一准则,已不能满足结构设计的要求.在车辆高速行驶状态下,车架的振动问题便会显得日益严重.振动一方面会影响乘坐人员的舒适性,另一方面也会影响车辆本身零部件的寿命.以往,车辆振动是在样车研制出来后才进行研究的,这样做显然存在一定的设计风险.现在通过有限元动态分析方法求出整车的动态特性模型及参数,从而预估车辆的动态特性响应[28].在许多文献[25,26,29,30]中为了使计算简便常采取静载荷乘以动载系数的方法来模拟车辆行使过程中的瞬态受力情况,这种方法主要是考虑动态载荷峰值来进行结构设计.车架受到的动态激励中,路面不平度对车架的动态响应影响最大,运用功率谱密度的方法可以描述路面的概率统计特性.根据I SO/ TC108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法”以及我国GB7031《车辆振动输入路面平度表示方法》中规定,路面功率谱密度G q(n)采用下式作为拟和表达式:G q(n)=G q(n0)nn0-w,其中 n为空间频率,为路面波长λ的倒数;n0为参考空间频率,取为0.1m-1;G q(n0)为参考空间频率下的路面谱值,称为路面不平度系数,单位为m2/m-1;W为频率指数,对于分级路面,其值取为2.由于速度功率谱具有常值特性,为“白噪声”信号,因此在路面谱激励下的随机响应分析中通常采用速度功率谱.3 结束语随着汽车轻量化和降低成本的要求日益迫切,58 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用对车架进行合理的设计,改善结构强度,发挥结构的最大功效,已经变得越来越重要.同时,这对运用有限元方法进行结构行为预测也提出了更严格的要求.如何提高有限元预测的分析精度,保证计算结果的可信度,已成为我们关注的最重大的课题.目前,运用有限元方法来进行结构分析还存在着许多问题有待解决.首先,如何建立合理的物理模型来描述实际问题,如结构的受载情况、结构真实的材料特性、结构表面粗糙度和细小裂纹的处理等.其次,如何建立精确的数学模型来描述物理模型,如使用恰当的单元类型来进行模拟、选择合适的单元尺寸来离散结构区域等.再次,结构加工制造过程的模拟,如纵梁冲压后回弹引起的制造误差、成型加工引起的残余应力等.参考文献:[1] 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有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)机械1202 马也 3120301052引言：自行车的车身主要有前车架和后车车架组成，为了对已经制造出来的自行车进行承受能力实验，设计师专门针对这个分析设计了一套夹具(工装)，以便于自行车车架受力试验的进行。
试验中关键的部位是两个轴（图1中A和C两个位置），这两根曲轴是车架的受压试验直接着力点，设计要求前后支架载荷比例满足：1:1.43，并且要求前后轴受力在1000N以上。
设计师在设计时根据设计经验设计了一套架子（图1），但是不能确保两根轴的强度是否满足要求，因此采用有限元ANSYS对车架进行了力学分析和强度计算，对这个设计方案的可靠性验证具有重要参考意义。
图1 自行车受力架三维图分析思路：整个支架主要有前支架和后支架构成，分析对象为支架上的两根不同跨距的支杆，而支杆的强度只与杆上的载荷和接触有关，从图上也可以看出杆才是整个结构强度最弱的部位。
两根支杆和整个支架均采用普通不锈钢材料。
影响计算精度的最大影响因素为材料、网格、接触和约束。
在网格达到一定数量后，由于有限元的网格无关系，这时可以不用考虑网格的影响了，同种材料下的强度计算时，杆的接触设置是关键，这里采用No separation进行接触设置。
载荷以坐标分量的形式在Y轴（重力方向）分别施加不同的载荷，直至达到材料的屈服强度位置（材料一旦进入屈服，就会发生永久性的变形，此处为杆的弯曲）。
为了计算出结构的最大安全载荷，也就结果从弹性变形过渡到塑性变形的临界载荷，下面对两杆和支架分别进行了载荷计算，因为试算的次数比较多，因此工作量非常大。
在分别求出各杆的最大临界载荷后在整个支架模型上分别添加最大临界载荷，最后考察总体受力情况。
具体实现步骤如下“1双击ANSYS workbench启动按钮，启动ANSYS workbench如下图所示：2.ANSYS WORKBENCH启动后弹出工具栏如下图，双击Static Structural3. 双击Engineering Data设定材料属性,从通用材料库中选择不锈钢(Stainless Steel)，材料参数结果如下图所示。
汽车车轮的有限元分析
汽车车轮的有限元分析
靖娟
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】随着有限单元法的不断发展，其在工程上的应用也不断深化。
将有限元法应用于汽车车轮分析，介绍了有限元分析模型建立的一般过程，并运用UG软件对车轮进行了静力学分析、模态分析及疲劳分析。
结果表明：车轮的位移量很小，应力远小于材料的屈服强度，满足强度要求；震动频率远大于容易发生共振的频率范围，不会发生共振现象；疲劳安全系数和应力安全系数的最小值都大于1，符合标准。
【总页数】3页(P102-104)
【作者】靖娟
【作者单位】江西制造职业技术学院，江西南昌 330000
【正文语种】中文
【中图分类】V472
【相关文献】
1.基于ProCAST低压铸造汽车车轮模具型腔有限元分析 [J], 王永山;陈卫亭
2.超级钢汽车车轮强度有限元分析 [J], 王宁;杜林秀;吴迪;刘相华
3.汽车车轮耐久性试验台转鼓振动有限元分析 [J], 蒋宏涛;王鹏林
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5.基于有限元分析的汽车车轮结构优化设计 [J], 崔胜民;杨占春
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轮毂驱动智能车车架的有限元分析
轮毂驱动智能车车架的有限元分析何求;董皓;张君安【摘要】为了分析验证轮毂驱动智能车车架的强度和刚度,采用CATIA软件建立车架三维模型,运用ANSYS软件建立以体单元为基本单元的车架有限元模型,并根据模态分析理论对其进行了有限元模态分析,获得车架在4种常见工况下的最大等效应力和应变,以及前十阶固有频率和振型特征.研究结果表明:样车车架的强度和刚度满足设计要求,为进一步优化车架的结构提供了参考依据.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2016(054)010【总页数】4页(P40-43)【关键词】车架;静力学分析;模态分析;计算机【作者】何求;董皓;张君安【作者单位】西安工业大学机电学院西安710021;西安工业大学机电学院西安710021;西安工业大学机电学院西安710021【正文语种】中文【中图分类】TH122轮毂驱动智能车较传统汽车在能源、性能方面都有很大潜力［1］。
由于轮毂驱动智能车质量分布不均，簧下质量显著较大，使车辆垂向力学特性发生了很大变化［2］。
同时，由于引入轮毂电机，车辆底盘结构和横向尺寸发生变化，进而引起智能车横向、纵向力学特性的显著变化，这些变化对轮毂驱动智能车车架的载重提出了新的要求［3］。
车架必须具有足够的强度和刚度来承受汽车各总成的质量及行驶时所产生的各种载荷，同时应具有合理的动态特性以控制振动［4］。
有限元计算分析为车架受力分析提供了有效的分析手段［5］，通过有限元计算分析，能够在车架设计初期全面了解车架在不同工况下的强度和刚度状况，确定车架的固有频率，对车架的设计具有一定的指导意义［6］。
笔者利用ANSYS软件对自主设计的车架结构进行了静态和模态分析。
通过静态分析，获得各种工况下车架的应力和应变情况，找出应力分布的薄弱环节，为优化设计提供依据，使优化后的车架设计布局合理、结构轻量化。
通过模态分析，可以获得车架的振动情况，以避免发生共振。
笔者所设计的车架采用边梁式结构，将两根主梁布置在车架的纵向中间位置，作为车架的支撑性骨架贯穿整个车架的前后。
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【车轮支架结构设计和有限元分析】
摘要：为了保证车轮冲击试验的安全和稳定，有必要对车轮支架进行三维模型的结构设计和有限元分析。
充分考虑冲击试验机的静态和动态受力效果，本文使用CATIA软件完成车轮支架模型设计，采用AnsysWorkbench有限元软件对车轮支架工作过程的仿真分析。
关键词：冲击试验；车轮支架；结构设计；有限元分析
引言
随着国民经济的快速发展和汽车的需求量得迅猛增长，我国汽车产业发展迅速，并且相继提高汽车技术水平，使得人们日益更加地关注汽车车轮对汽车行驶安全性和操纵稳定性的影响程度。
车轮试验机作为检验车轮性能的重要设备也在根据汽车的结构调整而不断发展，由于车轮性能的好坏直接影响到整个车辆的运行操作性能，并在对汽车的安全性和舒适性方面起至关重要的作用，因此，检验车轮性能也就变得尤为重要。
车轮试验机是检验车轮性能的设备，它一般包括车轮径向疲劳试验机、车轮弯曲疲劳试验机、车轮冲击试验机等。
一、车轮冲击试验机原理和标准
车轮冲击试验机的基本原理是对安装在车轮支架上试验车轮施加一个相应的冲击力，用这个外加的冲击力模拟车轮在汽车实际运行中所承受到的外界给予车轮的侧向冲击载荷。
车轮试验机的基本操作过程，首先将试验车轮安装在具有倾斜角度的冲击实验工作台上，然后用国家规定的质量冲头，按照试验机国家标准所规定的高度自由落下，从而产生一个对试验车轮的冲击作用。
根据试验机国家相关标准要求，试验车轮在受到冲击试验后，该车轮轮辐不得出现有目测可见的穿透裂纹，同时其轮辐也不能与轮辋出现分离现象，并且试验车轮的轮胎气压不能在试验后的60秒的时间内出现漏尽现象。
如表1-1所示为车轮冲击试验的国际标准和国家标准。
通过对不同试验机标准进行分析，为了保证车轮冲击试验的数据可信和可靠，必须保证下面两个条件，一是冲击试验的下落物体的质量，另外一个就是冲击试验的下落高度。
为此，本冲击试验机的车轮支架受到的冲击力全部来源于由按照规定高度自由下落的冲击板所具备的动能而产生的，因此，可以通过模拟冲击板下落的高度和冲击板的质量，进而分析车轮支架的受力和变形情况。
二、车轮支架的结构设计
在车轮冲击试验过程中，车轮支架用于安装冲击试验车轮的安装装置。
在结构设计角度方面，为了保证垂直自由下落的冲击板和车轮轮辋的最高点接触，车轮支架的结构设计必须保证按车轮轴线与冲头板垂直下落方向成角度的方向安装试验车轮。
根据不同的试验车轮的各种不同规格和形状，车轮试验机的安装车轮支架的位置设计为可调，为了更加精确试验数据和试验的稳定性，车轮支架应该具备校正功能。
车轮支架的校正过程为，将重量为1000kg物体的作用于车轮安装中心，测量钢板梁中心在垂直方向的弯曲变形量，并且保证钢板梁的弯曲变形量处于7.5mm10%的范围之内。
根据车轮安装具体要求和国家标准，针对车轮支架的结构设计主要有调整块、钢板梁、连接盘、校对块、拉杆、平导轨、挡板、侧滑轨、橡胶支架、支架座、底板构成。
如图2.1所示为车轮支架结构示意图。
车轮支架轴线与冲头板垂直方向角度可通过调整块实现
角度调节。
图2.1 车轮支架结构示意图
通过采用CATIA三维软件，对车轮之间进行三维建模，如图2.2（见下页）所示，为车轮之间的三维模型。
在完成车轮支架的模型设计后，可以在对车轮支架的各个零部件更加直观的设计和分析，并且可以为后续有限元分析提供模型数据。
图2.2 车轮支架模型
三、车轮支架的仿真分析和校正
为了更好验证车轮支架的结构设计安全和稳定，同时也可以更好地模拟车轮支架校正数据，进而使用有限元软件对车轮支架进行仿真分析，有限元分析软件中AnsysWorkbench模块功能适合于结构较为简单静力学模拟分析，并且属于步骤过程模块化，分析的理论数据较为接近真实值。
在运用AnsysWorkbench 有限元分析时，主要有这么几个步骤，首先将在CATIA软件中建立好的车轮支架3D模型数据，通过AnsysWorkbench与CATIA软件的数据连接接口，将车轮支架模型数据导入到有限元分析AnsysWorkbench中的模型后台，如图3.1所示，为车轮支架导入有限元分析AnsysWorkbench的效果图。
其次就是开始有限元分析，主要包括有车轮支架的各个零部件材料选择设定，网格划分，施加载荷和分析结果。
图3.1 车轮支架导入模型
在有限元分析设定过程中，车轮支架零部件材料主要设定为碳钢和橡胶，通过查询设计手册，碳钢弹性模量设定为210GPa，泊松比为0.3，橡胶属于弹性材料，不需要设定其弹性模量和泊松比。
其次划分网格，划分网格时采用系统推荐的自适应划分网格方法，如图3.2所示，为车轮支架划分完网格效果图。
在车轮支架的钢板梁的安装中心施加加载1000Kg重锤力量，设置重力加速度G为9.8N/Kg，因此，施加的外力大小为9.8KN。
通过AnsysWorkbench的有限元分析结果图，如图3.3所示，为车轮支架模拟仿真结果图，在左侧的变形数据的分布中，钢板梁安装中心处在在竖直受力方向上的的最大值变形量为7.92mm，通过分析比较，最大变形量处于车轮试验机的标准的7.5mm±10%范围之内，因此，车轮支架的结构设计符合技术要求。
四、结论
按照仿真后的车轮支架设计图，完成好车轮支架零部件的加工，以及车轮试验机的安装。
从而对车轮试验机的车轮支架进行实际值的校正。
校正的基本操作过程：将带有磁力表座的百分表，量程为10mm，吸附在车轮支架的滑板上，同时将百分表的触头对正车轮支架连接座下端平面上，然后施加重锤加为标准值1000Kg，从而测出钢板梁的安装中心的实际形变量。
如图4.1所示，为百分表的校长过程，百分表显示的车轮支架钢板梁安装中心的变形量为
7.85mm，其数值处于7.5mm10%范围之内，符合设计配置要求，同时也验证了车
轮支架仿真数据的准确。
参考文献：
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[2]张国智.轿车铝合金轮毂台架试验的有限元数值模拟[D].秦皇岛：燕山大学机械工程学院，2005.
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[4]张响.铝合金车轮数字化仿真及工艺优化[D].浙江：浙江大学，2008.
[5]轿车车轮冲击试验方法.GB/T15074-1995.
[6]道路车辆－载货汽车－车轮/轮辋－试验方法.ISO3894.
[7]臧孟炎，秦滔.铝合金车轮13°冲击试验仿真分析[J].机械工程学报，2010，46（2）：83-87.
[8]Zhao D，Li S，Gao F.Robuse adative terminal sliding mode-based synchronized position-control for multiple motion axes systems.Full Text Available，2009，1（3）.
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