车架有限元分析

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基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析

基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析自行车车架是自行车的核心组成部分，它承载着骑手的重量和外界的力量，直接影响着自行车的性能和稳定性。

为了确保自行车车架的可靠性和安全性，有限元分析被广泛应用于自行车车架结构设计。

有限元分析是一种应用于工程领域的数值计算方法，通过将实际结构离散为若干个小单元，近似计算每个小单元的力学特性和应力分布，从而得到整体结构的力学性能。

在进行自行车车架的有限元分析时，需要先对车架进行几何建模。

通常可使用计算机辅助设计软件或三维建模软件进行建模，将车架几何形状、尺寸和连接方式等细节进行精确描述。

接下来，将车架模型导入ANSYS软件中进行分析。

在分析过程中，需要先对车架进行网格划分，将其离散为数个小单元，以便进行后续的力学计算。

划分网格时需要考虑车架各处应力分布的均匀性和准确性。

进行有限元分析时，需要对车架施加相应的边界条件和载荷。

边界条件包括固定支撑或约束，以模拟车架与其他部分的连接方式。

载荷可以是骑手的重力、外界风阻、不平坦路面等因素，通过合理选择载荷类型和大小来模拟实际使用条件。

在进行有限元分析时，需要定义适当的材料参数，包括车架的弹性模量、泊松比、材料屈服强度等。

这些参数直接影响着车架的刚度和性能。

通过对车架进行有限元分析，可以得到车架各处的应力、应变分布情况。

基于分析结果，可以对车架进行优化设计，以满足强度和刚度的要求。

例如，在高应力处添加加强结构或材料，以提高车架的强度和稳定性。

此外，有限元分析还可以在车架结构设计阶段进行疲劳寿命预测。

通过加载一定的循环载荷，可以计算出车架在特定循环次数下的疲劳损伤情况，从而评估车架结构的可靠性和耐久性。

总之，基于ANSYS的有限元分析在自行车车架结构设计中扮演着至关重要的角色。

它可以帮助设计师评估车架的强度、刚度和耐久性，并优化设计以提高车架的性能和稳定性。

通过有限元分析，可以减少设计过程中的试错成本，提高设计效率，为自行车车架的可靠性和安全性提供保障。

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。

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。

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

应用有限元法分析正三轮摩托车车架强度

结构形式及尺寸参数，使其具备良好的动静特性。本文以某款三轮摩托车车架作为分析对象，利用弹
性力学建立准确合理的车架结构力学模型，用ＭＳ．ａａＣＰｔｎｒ
等刚度原则作了结构简化，采用杆状钢结构，用梁单元离
散。钢板弹簧在考虑其压缩量达到最大值的情况下，采用多点约束来实现与板簧吊耳、后轴部件的正确运动关系。
ｔｅｓｒｃｕｅｓｒｎｔｓｅｓｄｔｅｅｙｐｏｉｉｇｔｅｄｔｆｖｌｂｅｓｒｃｒｎｌｉｏｈｐｉｉａｉｎａｄｈｔｕｔｒｔｅｇｈａｓｓｅ，ｈｒｂｒｖｄｎｈａａｏａｕａｌｔｕｕｍ
由此建立的三轮摩托车车架有限元模型如图１所示。
和Ｍｓ．ａｔｎ件进行有限元分析，计算出车架在各种ＣＮｓａ软ｒ
受力工况下的应力分布，在此基础上判定其结构强度的总体水平，从而为车架的可靠性设计和结构优化提供理论参
为车架结构的优化和可靠性设计提供了有价值的结构分析数据。
关键词：有限元法
正三轮摩托车车架强度
应力分布
ＴｈａｔｅｇｈＡｎｌｓｓｏｆｔｅＴｈｅ — ｅｌｄＭｏｏｃｃｅｅＦｒｍｅＳｒｎｔａｙｉｒｅｗｈｅｅｔｒｙｌｈＤｏｅｂｈｎｔ — ｌｍｅｔＭｅｈｄｎｙｔｅＦｉｉｅｅｅｎｔｏ
考依据。
２材料特性
所有车架主体结构的材料均为普通碳素钢Ｑ２５３，其材料属性为：弹性模量Ｅ＝２０．５×１ＭＰ，泊松比＝０ａ

车架有限元分析

目录一结构简介 (1)二计算载荷工况 (2)三有限元模型 (5)四静强度分析结果 (10)一、结构简介本次作业以某转向架构架为几何模型，进行静强度分析，下图为本次计算针对的某型转向架几何模型，结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。

整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。

图1 某型转向架几何模型（a）图2 某型转向架几何模型（b）二、计算载荷工况根据要求，对转向架采取如下的加载方式： 1、约束图3 约束要求如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一；图4 模型中所加约束之一2、载荷在此点出建立Z 方向的位移约束在此点出建立X 、Z 方向的位移约束在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位移约束在此点出建立Y 、Z 方向的位移约束图5 受力要求模型中加载作用力的局部视图如下（注：图中坐标系中红色为X 轴，绿色为Y 轴，蓝色为Z 轴）；图6 Z 轴正向26.2kN 的力在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴负方向在此处加26.2KN 的力，力的方向为Z 轴正方向在此处加45.6KN 的力，力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分（Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ，X 方向距离圆心7mm ）图7 Z轴负向26.2kN的力图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示表1 工况工况横向（X向）纵向（Y 向）垂向（Z向）1 -- --+三．有限元模型整个模型由两类网格组成：构架采用壳网格单元建立模型，转臂座构件采用六面体网格建立模型；其中壳网格单元以四边形网格为主。

有限元模型重量为1422.015kg，结点总数为81382，单元总数为74991。

有限元模型如图9~12所示。

图9 壳单元模型（1/4模型）图10 转臂座实体网格模型图11 整体网格（a）图12 整体网格（b）需考虑对各个连接处的连接方式，根据工厂要求，具体连接处及连接方式可参考如下要求。

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。

基于UG的某电动三轮车车架有限元分析

基于UG的某电动三轮车车架有限元分析【摘要】本研究基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析。

文章首先介绍了研究背景和研究意义，然后详细讨论了车架结构设计、有限元分析模型建立、载荷及边界条件设置、应力分析和变形分析。

通过对车架的有限元分析，得出了应力和变形的分布情况。

结论部分总结了分析结果，提出了优化建议，并展望了未来研究方向。

本研究为提高电动三轮车的结构强度和稳定性提供了理论指导，对于优化设计和改进性能具有重要意义。

【关键词】关键词：UG、电动三轮车、车架、有限元分析、结构设计、载荷、边界条件、应力分析、变形分析、优化建议、研究背景、研究意义、分析结果、展望未来。

1. 引言1.1 研究背景目前，关于电动三轮车车架的有限元分析研究还比较有限，大部分研究都是基于传统的车架设计理念，缺乏针对电动三轮车特殊结构和载荷的分析。

本研究旨在基于UG软件对某电动三轮车车架进行有限元分析，探讨其在不同载荷条件下的应力分布和变形情况，为其优化设计提供可靠的理论依据。

通过对电动三轮车车架的有限元分析，可以深入了解其受力情况，找出潜在的弱点和改进空间，提高车辆的安全性和稳定性。

也可以为今后电动三轮车车架的设计和研究提供一定的参考和借鉴。

这一研究具有重要的理论和实践意义。

1.2 研究意义电动三轮车作为新型交通工具，其车架结构设计对车辆性能和安全性有着至关重要的影响。

通过有限元分析方法对电动三轮车车架进行研究，可以为车辆设计和制造提供重要的参考和指导。

具体来说，有限元分析可以帮助分析车架在不同载荷下的受力情况，预测车架在运行中可能发生的应力和变形情况，进而优化车架结构，提高车辆的安全性和稳定性。

通过有限元分析还可以对电动三轮车车架在不同条件下的性能进行比较，找出潜在的问题并及时加以解决。

这对于提升电动三轮车整体性能、降低生产成本具有重要意义。

对电动三轮车车架进行有限元分析研究具有重要的理论和现实意义，对推动电动车行业的发展和进步具有积极作用。

利用有限元分析优化摩托车车架设计

利用有限元分析优化摩托车车架设计摩托车是一种广泛使用的交通工具，其车架设计对于车辆性能和安全性至关重要。

在设计摩托车车架时，有限元分析是一种常用的工具，它可以对车架进行结构优化，提高其刚性和轻量化程度。

本文将通过有限元分析，探讨如何优化摩托车车架设计。

首先，需要明确的是，在摩托车车架设计中，刚性和轻量化是两个主要的优化目标。

刚性对于提升车辆的稳定性和操控性至关重要，而轻量化则可以提高车辆的燃油效率和加速性能。

因此，在设计摩托车车架时，需要在保证刚性的前提下，力求减少其重量。

有限元分析是一种基于数值计算方法的结构分析技术，在摩托车车架设计中能够有效地模拟和分析不同载荷情况下的应力分布和变形情况。

通过有限元分析，设计师能够得到车架的应力云图和变形云图，进而找到薄弱部位和应力集中区域，从而为优化设计提供依据。

在开始有限元分析之前，首先需要进行几何建模。

通过计算机辅助设计（CAD）软件，可以根据摩托车的整体尺寸和排列来创建车架的三维模型。

在建模过程中，需要考虑摩托车的整体结构和连接方式，以保证良好的刚性和稳定性。

接下来，需要定义材料特性和加载条件。

摩托车车架通常由金属材料制成，如高强度钢或铝合金。

在有限元分析中，需要输入材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等参数，以便对车架的应力和变形进行计算。

同时，还需要根据实际使用情况确定载荷类型和大小，包括行驶载荷、制动载荷和悬挂系统载荷等。

完成建模和加载条件之后，将模型导入有限元分析软件中进行计算。

有限元分析软件将模型划分成许多小元素，根据材料和载荷条件，计算每个元素的应力和变形。

然后，通过元素的连接关系和应力传递规律，计算整个车架的应力和变形情况。

通过有限元分析，可以得到车架的应力云图和变形云图。

应力云图用彩色表示不同部位的应力大小，通过对比云图，可以找到应力集中区域和薄弱部位。

变形云图则用于确定车架在各个载荷下的变形情况，从而评估其刚性和稳定性。

在了解了车架的应力和变形情况之后，可以根据实际需求进行优化设计。

车架有限元分析

摘要现代汽车绝大多数都有作为整车骨架的车架，车架是整个汽车的基体。

汽车绝大多数部件和总成（如发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱及有关操纵机构）都是通过车架来固定其位置的。

车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。

因此，车架的静、动态特性是其结构设计、改进和优化的依据，是确保整车性能优良的关键因素之一。

本文以6470型SUV车架作为研究对象，分析论证了CAD/CAE技术在汽车车架设计中的应用，主要内容如下：（1）选取一个SUV车型，通过查找和测量得到其主要的车型参数。

（2）运用CAD软件Unigraphics（简称UG）建立车架的三维模型。

（3）通过UG软件和ANSYS件的无缝连接将车架的三维模型导入ANSYS软件中。

（4）运用ANSYS软件的强大的有限元分析功能对该车架进行网格划分，施加适当的约束和载荷，对车架进行有限元静态分析，从而校核了该车架的强度和刚度，分析结果，校核该车架的强度和刚度能否满足要求。

在建模和有限元分析过程中，就CAD三维实体的建模方法、有限元理论的数学基础、有限元软件ANSYS、CAD软件与有限元接口技术、有限元分析方法的前期后期处理等方面做了研究工作，为后续工作做了较好的技术准备。

关键词：车架；CAD/CAE；ANSYS；有限元分析；静力分析AbstractMost modern cars are used as vehicle skeleton frame, which is through the matrix. Most parts and assemblies of a vehicle（such as engine, transmission, suspension, steering, cab, containers and related control mechanism and so on）are all over the frame to a fixed location. The function of a vehicle frame is to support the connection parts, and to take from inside and outside the vehicle loads. So, the static and dynamic analysis characteristics of frame is not only the base of its structure design, improvement and optimization, but also one of the key factors to ensure that vehicle performance.Finite element analysis has become an essential technology in the design of vehicle structure. As for compute-intensive and the analysis step，intuitive linear analysis of frame is very difficult. And ANSYS Finite element analysis software program can discrete elements into countless units to facilitate analysis, calculation and optimized results.On this article, 6,470 SUV frame is the objects to be researched to analyze and demonstrate CAD/CAE technique and its application in the design of automobile frame. Mainly as follows:(1) Select a SUV models，Find and measure its main parameters;(2)Establish the three dimensional model of the frame by UG;(3) Import the three dimensional frame model in UG into ANSYS through the seamless connection between UG and ANSYS;(4) Use the powerful finite element analysis for the frame element mesh, impose the appropriate constraints and loads and make the finite element static analysis of frame to check the strength and rigidity of the frame，During the modeling and finite element analysis，a lot of research work about the three-dimension solid modeling method, mathematical basis of finite element theory, interface technology of finite element, late and early processing of finite element analysis method is done, preparing for the follow-up work to be done better.Keywords: Frame, CAD/CAE; ANSYS; Finite Element Analysis; Static Analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章前言 (5)1.1汽车车架介绍 (5)1.2国内外研究现状 (6)1.3研究意义及目的 (7)第2章软件介绍 (9)2.1 UG简介 (9)2.1.1 UG发展综述 (9)2.1.2 UG软件的优势 (9)2.2 ANSYS简介 (10)2.2.1有限元软件ANSYS发展综述 (10)2.2.2 ANSYS的技术特点 (10)2.2.3 ANSYS的功能 (11)第3章车架的建模 (13)3.1车架结构的简化 (13)3.2实体车架模型的建立 (13)第4章车架的有限元分析 (17)4.1 静力分析基础 (17)4.2车架静力学分析模型的建立 (18)4.3 悬架的模拟 (22)4.4 载荷的处理 (23)4.5车架静力分析工况及约束处理 (24)4.5.1 满载弯曲工况分析 (25)4.5.2 满载扭转工况分析 (30)4.5.3 满载制动工况分析 (33)4．5.4满载转弯工况分析 (34)第5章传统车架计算方法与有限元法比较 (37)第6章论文总结 (41)致谢........................................................ 错误!未定义书签。

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。

半挂车车架结构有限元分析

0引言半挂车是一种重要的运输机械，具有运输效率高、油耗低等特点，在运输业发挥着重要作用。

半挂车车架结构十分复杂，不仅形状复杂，而且载荷作用也较为复杂。

在半挂车结构设计过程中，需要在保证安全性的情况下，对车架结构进行优化设计，使其便于加工和装配，同时减少材料成本，提高半挂车制造的经济效益。

传统的力学分析方法在半挂车车架结构的强度和刚度分析中存在一定的不足，难以得出精准的数据。

在计算机软件技术的推动下，有限元法成为一种优秀的结构强度分析方法。

在半挂车设计中，可以利用有限元分析法对车架结构的强度进行精确地分析，进而有针对性地对重要构件进行优化设计。

1半挂车车架结构分析半挂车是一种在车辆均匀受载的重心后边配置车轴，并且装有可将水平和垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车。

车架是半挂车的主要构件之一，为各总成及专用工作装置提供安装基础。

半挂车车架结构不仅要承受整车静载荷，同时还要能够承受半挂车行使中的各种动载荷，因此，对其结构强度要求较高。

通常而言，半挂车车架结构为边梁式，主要包括主纵梁、边纵梁、横梁、支撑梁等，各个部件采用的都是优质的钢板和型材，通过组焊方式构成车架结构。

在半挂车结构中，纵梁是主要的承载部件，能够承受弯曲应力，为有效应对运输道路条件差的情况，纵梁可以采用箱型结构，具有良好的抗弯性能。

同时，为了保证牵引装置活动的灵活性，需要提高车架纵梁前段，降低后段货箱，从而增强半挂车的稳定性，便于装卸货物[1]。

此外，横梁是半挂车车架中连接左右纵梁的重要构件，其抗扭转性和分布情况对纵梁的内应力大小及分布具有直接影响作用。

因此，横梁也是车架扭转结构中的主要元件，通常需要采用质量轻而密的横梁，增强车架的扭转刚度，同时有效减小与横梁连接的纵梁的扭转应力。

2有限元法及其应用2.1有限元法的基本理论有限元法是一种数值分析法，其基本原理就是将整体离散成有限个单元体，这些单元体需要按照一定的方式相互连接，从而来模拟或逼近原来的物体，将整体的连续自由度问题化简为离散的有限元自由度求解。

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。

车辆结构有限元疲劳分析

Gerber法 None不进行修正
Mean Stress
Curves
定义有限寿命数值疲劳强度系数载荷缩放系数
恒幅，比例载荷恒幅，非比例载荷非恒幅，比例载荷非恒幅，非比例载荷
X方向应力/Y/Z XY平面应力 YZ平面应力 XZ平面应力
Von Mises应力带符号的Von Mises应力
最大剪应力最大主应力最大主应力最大值
Fully Reversed
Ratio
History
非恒定幅值比例载荷
R=-1
指定应力比 R=X
指定载荷时间历程
二、应力疲劳分析
6.平均应力对疲劳寿命的影响
平均应力对疲劳寿命的影响就是考虑应力比R的变化对疲劳寿命会产生影响，从而需要对S-N曲线进行修正。ANSYS WB提供了平均应力修正的五个选项：
第九章车辆结构有限元疲劳分析
结构疲劳分析基础应力疲劳分析典型材料试件应力疲劳分析发动机连杆的应力疲劳分析
一、结构疲劳分析基础
车辆是运动并承载的机械，其结构承受的载荷大部分都是交变载荷。零部件失效中，由疲劳裂纹引起的结构失效断裂事故占总断裂事故的70％--80％以上，约有50％--90％的机械结构的破坏属于疲劳破坏。
实例2：连杆受载荷幅值为4500N，为恒幅载荷，平均载荷为0（R=-1）。材料默认为 Structure Steel。求发动机连杆的安全系数。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
直接打开Conrod-fatigue.wbpj文件，导入ConRod.x_t，并对Geometry进行编辑。
四、发动机连杆的应力疲劳分析
得到的是多轴应力。但在试验过程中得到的一般是单轴应力。在ANSYS WB应力疲劳分析中可以选择X、Y、Z三个方向的应力分量， Von Mises应力，带符号Von Mises应力等。在考虑压缩平均应力对疲劳寿命的影响中，带符号Von Mises应力是非常有用的，