某电动车车架刚强度CAE分析报告 _V1_150609概况

目录
1、CAE分析输入条件 (1)
1.13D数模 (1)
1.2其它输入条件 (1)
2、CAE模型说明 (2)
3、电动车架分析工况 (2)
3.1模态分析 (2)
3.2车架各分析工况和边界条件 (3)
3.3各工况下应力分析 (4)
4 、结论与建议 (15)
1、CAE分析输入条件
1.1 3D数模
以甲方输入的3D CATIA模型为依据，3D模型结构如下图1所示。

图1 电动车架3D模型
1.2 其它输入条件
其它输入条件主要包括电动车架BOM表、集中质量的质心位置及其与车架连接点的位置，车辆前后悬架安装点位置。

车架骨架主要由Q235和DC01两种材料构成，左右8字形弯管梁由2.5mm厚的SPCC构成。

甲方提供的车架BOM表部分内容如下表1所示。

2、CAE模型说明
考虑到计算机资源、模态和强度分析要求，模型中除后面电池5支架中螺杆为实体单元外，其余均为2D平面单元。

实体为六面体单元，平面单元以四边形单元为主，仅有少量的三角形单元。

模型中绝大多数单元大小以6mm为准进行划分。

建立的模型单元如下图２所示。

图2电动车架FEM模型
模型中总单元数345539，节点数358158。

三角形单元数5801，三角形单元占总数为1.7%。

3、电动车架分析工况
对此款电动车架主要进行车架整体模态分析和强度分析。

3.1模态分析
对车架进行模态分析的目的主要是电动车避开外部路面不平度激励和蓄电池带动电机转动对车架的激励。

电机一般激励较小，车架分析主要考虑避开路面激励，车架前几阶频率应在5Hz以上。

将各部件以集中质量的形式固定于车架上相应位置处，车架为钢材，密度为7.85×103Kg/m3。

车架模态分析中前四阶模态如下图3～图6所示。

图3 第一阶模态
图4 第二阶模态
图5 第三阶模态
图6 第四阶模态
第一阶模态频率为5.8Hz，为前排座椅下的框架支撑结构，为平揺振型，频率与限制范围较接近。

为了提高第一阶模态频率及改善振型，建议在前排座椅下的框架支撑结构四周进行稳定三角形的桁架结构设计。

3.2 车架各分析工况和边界条件
电动车常在城市道路上行驶，依据车辆使用工况和条件，对电动车架进行如下CAE 分析：模态分析、弯曲强度分析、扭转强度分析（车辆主体结构对称，以右后悬空、右前悬空两种状态进行）、紧急制动工况强度分析、右转弯强度分析。

各分析工况和车架约束自由度如下表3所示。

约束自由度左前轮左后轮右前轮右后轮
弯曲动载XYZ YZ XZ Z
扭转（右后悬空）XYZ YZ XZ 悬空
扭转（右前悬空）YZ XYZ 悬空XZ
紧急制动XYZ YZ XZ Z
急加速YZ XYZ Z XZ
右转弯XYZ XYZ Z Z
依据车辆行驶路况和最高速度，参考其余车辆分析情况，各工况下动载系数如下表4所示。

3.3 各工况下应力分析
3.3.1 弯曲动载工况
图7 弯曲时车架右侧面应力
图8 弯曲时车架左侧面应力
图9 弯曲时前悬架左侧下摆臂处应力
图10 弯曲时前悬架右侧下摆臂处应力
图11 弯曲时车架底面左右纵梁应力
图12 弯曲时后悬架右侧下摆臂处应力
图13 弯曲时后排座椅支撑框架处应力
从图7～图13看，弯曲2g作用力工况下，前悬架下摆臂后支座连接处应力集中较大。

另外，后排座椅后安装连接的横向大梁，重力作用下变形较多，人和电池向下压迫悬架横
大梁，导致横大梁应力较大。

3.3.2 制动工况：
图14 制动时车架右侧面应力
图15 制动时车架左侧面应力
图16 制动时前悬架左下摆臂处应力
图17 制动时前排座椅直支撑框架处应力
图18 制动时车架底面左右纵梁应力
图19 制动时后悬架支撑处应力
此种工况下，应力较大在前排座椅下连接的支撑框架结构，8根支撑管为平行布置，承受车辆纵向力较弱。

3.3.3右后悬空工况：
图20 右后悬空时左侧面应力
图21 右后悬空时右侧面应力
图22 右后悬空时左前下摆臂连接处应力
图23 右后悬空时底面左右纵梁应力
图24 右后悬空时左后下摆臂连接处应力后悬架连接支座与车架横向管梁连接处应力最大。

3.2.4右前悬空工况
图25 右前悬空时右侧面应力
图26 右前悬空时右侧面应力
图27 右前悬空时左前下摆臂连接处应力
图28 右前悬空时底面左右纵梁应力
图29 右前悬空时右后悬下摆臂连接处应力
此工况下应力最大处为前摆臂与车架连接处和后悬架横向管梁与电池支架连接处。

3.2.5急加速工况
图30 急加速时车架左侧面应力
图31 急加速时车架右侧面应力
图32 急加速时右前下摆臂连接处应力
图33 急加速时底面左右纵梁应力
图34 急加速时右后悬架下摆臂连接处应力
图35 急加速时前排座椅支撑框架处应力
前后下摆臂连接处由于应力集中，此两处地方应力最大。

另外，前排座椅处应力较大。

3.2.6右转弯工况
图36 右转弯时左侧面应力
图37 右转弯时右侧面应力
图38 右转弯时底面左右纵梁应力
图39 右转弯时右前下摆臂连接处应力
图40 右转弯时右后下摆臂连接处应力
车辆右转弯时，从应力看，与前几个工况的现象几乎相同，主要在前后悬架下摆连接处应力最大，其次是前后排座椅框架支撑处。

4 、结论与建议
通过上述车架整体模态分析和几个工况的强度分析，得出如下结论：
1）前排座椅模态频率稍低，频率为5.8Hz，主要为平摇振型；
2）在多个工况下，前后悬架下摆臂支座连接处有应力集中现象，应力较大；
3）制动工况下，前排座椅支撑框架处应力较大；
4）弯曲动载工况下，后排座椅后支撑处横梁应力较大；
5）全部工况下，车架左右纵梁的应力相对于其它处应力都较大；
建议：
1）前排座椅支撑框架四周进行稳定三角形的桁架结构设计；
2）车架底面左右纵梁适当增厚至2.5mm；
3）前后悬架下摆臂连接支座修改设计，支座与梁连接处应进行大角度包裹焊接设计；4）后悬架下摆臂连接处的横梁由2mm增加到2.5mm；
5）增厚或加粗后排座椅后连接处的横梁。