车架有限元分析说明书

目录
1.绪论 (2)
1.1CATIA软件介绍（使用了什么软件就对该软件简单介绍） 2 1.2ANSYS软件介绍 (2)
1.3本次课程设计的主要内容及目的（对本次课程设计的主要内容、目的叙述） (3)
2.车架的建模 (3)
2.1纵梁的建模 (3)
2.2横梁的绘制 (6)
3.车架的装配 (12)
3.1将各部件的导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (12)
4.车架的有限元分析 (14)
参考文献 (18)
1.绪论
1.1 CATIA软件介绍（使用了什么软件就对该软件简单介绍）
CATIA的全称为Computer Aided Three Dimensional Interaction Application System （计算机辅助三维／二维交互式应用系统），是由法国达索系统公司（Dassault Systemes，DS）开发的集成了CAD、CAM和CAE的大型软件，凭借其突出的技术优势在制造业的各个领域得到了广泛的应用，成为全球制造业的主流设计软件。

利用CATIA中的机械设计中零部件设计模块进行三维建模，所画图形一目了然；用线框与线条模块进行曲面设计；所做图形清晰流畅。

CATIA已经成了汽车工业CAD/CAM的事实标准，欧洲、北美和亚洲的顶尖汽车制造商纷纷采用其作为核心系统。

在航空工业领域，空中客车公司、Pratt&Whimey、EADS、洛克西德马丁、美国联合航空公司、达索航空等都选用CATIA进行新产品设计。

著名的丰田汽车公司、VOLVO卡车、TODA赛车等都从其他系统转到CATIA进行新产品的设计。

电子家电行业的索尼、三洋、松下、先锋、伊莱克斯、香港亚伦，船舶行业的IHl、NKK、烟台莱福士造船厂，机车行业的阿尔斯通、邦巴迪、西门子，消费品行业的可口可乐、Evian、Swatch，轮胎行业的固特异、米其林以及机械各行业等，CATIA的客户遍及世界各地。

国内的哈尔滨、沈阳、西安、成都、景德镇、上海、贵阳等航空飞机设计制造厂也都无一例外地都选用CA TIA作为其核心设计和加工软件。

包括一汽大众、东风集团、沈阳金杯、上海大众、南汽集团、北京吉普、武汉神龙、西安长安、哈飞松花江等在内的许多汽车公司都选用CA TIA开发其最新车型。

随着中国制造业的发展，特别是汽车工业的发展，越来越多的国际厂商把生产和开发工作引入中国，CATIA正在不断普及和深入。

1.2 ANSYS软件介绍
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD
等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

ANSYS的前处理模块包括实体建模、网格划分、施加载荷等
1.3本次课程设计的主要内容及目的（对本次课程设计的主要内容、目的叙述）
本次课程设计主要内容是在CATIA软件的基础上，利用零件设计模块对某轿车车架进行建模，然后利用软件的装配模块把车架的所有组成零件安装一定的位置关系进行装配，最后利用软件的工程图模块完成车架总成及一些主要零部件的工程图。

完成以上内容不仅需要对车架系统的功用与性能有较好的掌握，还需要对CATIA软件有较熟练的掌握。

本次课程设计的主要目的：通过完成以上的内容，可以加深对CATIA软件零件设计模块、装配模块、工程图模块的理解，对软件的操作更加熟练，最终达到熟练掌握这门软件的目的。

2.车架的建模
2.1纵梁的建模
纵梁的长度为2米，厚度为6厘米，凹槽深度为3厘米。

绘制纵梁的三维图步骤如下：
（1）打开CATIA→机械设计→零部件设计，进入绘制纵梁的工作模块，如图2-1;
图2-1 零部件设计模块
（2）点击进入工作台图标与XY面，进入草图绘制模块。

单击图标建纵梁的起点，坐标为(0,60)，
（3）点击绘制图标对长方形进行拔模,选择长度为40mm，点击确定自动生成纵梁模块。

如图2-2所示，应限制的条件如图2-3。

图2-2 纵梁拔模示意图
图2-3 凸台限制条件
（4）进入草图界面在已生成的长方体面上画一尺寸适当的长方形，退出草图，点击按钮，对其进行凹槽，限制条件如图2-4所示。

生成图如图2-5。

图2-4 凹槽限制条件
图2-5 纵梁凹槽示意图
（5）对上述纵梁进行打孔定制，形成最终的纵梁总成图。

如图2-6保存该文件即
可。

图2-6 纵梁总成示意图
2.2横梁的绘制
（1）打开CATIA→机械设计→零部件设计，点击工作台图标并选XOY面，进
入草图编辑模块，设定横梁的宽度为60mm，如图2-7所示。

退出草图界面，将其拉伸成实体，厚度为40mm,如图2-8所示。

图2-7 横梁草图示意图
图2-8 横梁拔模示意图
（2）绘制中间承载孔三个，直径为36mm，如图2-9所示，退出草图界面，点击
按钮，对三个孔进行凹槽，得到最后的横梁示意图2-10。

图2-9 横梁承载孔草图
图2-10 横梁承载孔示意图
（3）再添加两侧翼使横梁更加稳固，选横梁的正面为基准，进入草图界面操作，
点击按钮在横梁的相应位置画长方体，长50mm，宽10mm，如图2-11所示。

图2-11 横梁稳固块草图
(4)退出草图界面，点击按钮，对小长方体进行拔模，接着对其进行修整最后
形成横梁的总成示意图，如图2-12所示。

图2-12 横梁总成示意图
（5）中间的横梁如上图所示，则车架的两边横梁也类似所画，只需把上述横梁的
一边稳固块去除即可，最终形成如图2-13所示。

图2-12 边横梁总成示意图
（6）两抗压横梁的绘制，进入草图界面，点击按钮，画出抗压横梁的侧面，如图2-13所示，退出草图工作台，点击按钮进行拔模，宽度取40mm，如图2-14。

图2-13 抗压横梁草图
图2-13 抗压横梁拔模
接着在抗压横梁两端各加两个装配孔，直径为10mm。

如图2-14所示。

图2-14 抗压横梁示意图
3.车架的装配
3.1 将各部件的导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系
打开CATIA→机械设计→装配图设计，现简要介绍车架装配图的建立：（1）点击按钮，之后点击装配图特征树名称，在弹出的对话框中选择相关的零件导入到装配图中；
（2）两个零件可能相互重叠，点移动图标，可以改变零件的相对位置。

将各零件移动到合适的位置，便于装配；
（3）点击同心图标，分别选择边横梁的孔轴线与纵梁连接处的孔轴线，定义两者同轴。

点击命令图标，分别选择边横梁与纵梁的对应面位置处，在弹出的对话框中输入偏移参数为0mm，方向相同，建立二者关系。

如
图3-1；
图3-1 组装过程1
（4）点击刷新图标，可以得到横梁与纵梁约束后的视图；
（5）按相同方法将其余横纵梁进行装配；
（6）最后的总装配图如图3-3
图3-3 车架总装配图
4. 车架的有限元分析
（1）首先打开ANSYS软件，点击File→Import→Catia V5，弹出对话框选择保存的Catia文件，即可导入Ansys中。

（2）对导入的车架进行单元定义，点击Preprocessor→Element→Add/Edit→Delete,选择SOLID45单元即可。

如图4-1所示。

再对车架进行材料定义，定义相关数
据，如图4-2所示。

图4-1 车架材料选择单元
图4-2 车架材料定义
（3）对车架进行网格划分，点击Preprocessor→Meshing→MeshTool,弹出对话框，定义相关选项，如图4-3所示。

图4-3 车架网格划分选择
（4）点击上述对话框中的Mesh，弹出网格划分对话框，点击Pick All，就能生成车架的网格划分图，如图4-4。

图4-4 车架网格划分示意图
（6）再对车架网格图进行力的约束，点击Solution→Define→Apply→Structural →Displacement→On Keypoints,对车架底部的四个顶点进行点的约束，并选择UZ面；
（7）约束完力后再对车架进行载荷力的施加，点击Solution→Define→Apply →Structural→Pressure→On Areas,对车架的中间横梁及四周横梁进行载荷
力的施加，加1000N的载荷，如图4-5所示。

图4-5 车架载荷分布示意图
（8）上述加完约束及载荷的车架进行求解，点击Solution→Current,就能得到车架的应力分布图及位移分布图，如图4-6、图4-7所示。

图4-5 车架应力分布示意图
图4-5 车架位移分布示意图
（9）结果分析：从图中可以得出，当在车架的中间横梁及四周梁上施加1000N的载荷时，车架的最小应力为1013MPa，最大的应力为0.165E+7MPa；车架的最大位移出现在中间横梁处，最大位移为15.863mm。

参考文献
【1】尤春风，CATIA V5机械设计[M],北京：清华大学出版社，2002. 【2】陈家瑞，汽车构造，机械工业出版社，2010.
【3】丁仁亮，CATIA V5基础教程，北京：机械工业出版社，2006.
【4】张乐乐，ANSYS辅助分析应用基础教程上机指导书：清华大学出版社，2007.。