车架纵梁的有限元分析论文

湖北汽车工业学院

汽车工程学院HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY

课程设计说明书

课程名称汽车专业课程设计

设计题目车架纵梁简化模型的有限元分析

班级 T1043-5 专业热能与动力工程

学生姓名罗文昭学号 20100430522

指导教师（签字）

起止日期： 2013 年 12 月 23 日- 2014 年 1月 10 日

2014 年 2 月 24 日- 2014 年 2 月 28 日

目录

第一章概论 (2)

第二章分析结果比较 (3)

2.1 静力分析的比较 (3)

2.1.1 一维模型的静力分析 (3)

2.1.2 二维模型的静力分析 (4)

2.1.3 三维模型的静力分析 (6)

2.2 约束模态分析的比较 (7)

2.2.1 一维约束模态分析 (7)

2.2.1 二维约束模态分析 (10)

2.2.1 三维约束模态分析 (12)

第三章车架纵梁的优化 (15)

第四章 ansys经典界面的一维梁分析 (17)

第五章关于车架纵梁的理论计算 (18)

5.1 车架纵梁最大挠度的计算 (18)

5.5 车架纵梁最大应力的计算 (18)

文献阅读 (20)

心得体会 (22)

参考文献 (23)

第一章概论

这次课程设计的任务是：

①对车架纵梁分别采用一维、二维和三维模型计算在图示的载荷和约束下结构的应力、变形与安全系数；比较各模型的计算结果；

②对车架纵梁的三维实体模型计算纵梁简化模型的前四阶约束模态；

③对车架纵梁的一维模型利用载荷步和工况组合功能分别计算各种载荷对纵梁简化模型组合应力、弯曲应力和变形的影响；

④对车架纵梁的三维简化模型进行参数化研究及目标驱动的优化设计。

分析所需要的数据为：

①车架纵梁简化模型的形状、尺寸和约束方式如下图⑴所示；

图⑴车架纵梁的简化模型

②车架纵梁采用的材料弹性模量为211GPa，泊松比为0.3，密度为：7.8g/cm3；

③均布载荷作用在纵梁中部距离为1000mm范围内，大小为2N／mm；在距离左右两端支撑为500mm的位置上，还受到两个大小为1000N的集中力作用；考虑纵梁的自重。

第二章分析结果比较

2.1 静力分析的比较

2.1.1 一维模型的静力分析

采用概念建模的方法来构建一维模型，如下图所示：

图1 一维实体模型

将一维模型导入DS模块中，网格划分大小为5mm，节点数为721，单元数为360。

图2 一维网格模型

在DS模块中加载，分析得到如下结果：

图3 车架纵梁沿z轴的变形

图4 组合应力

图5 弯曲应力

一维模型的最大变形为0.622mm，最大组合应力为19.109MPa，弯曲应力为19.109MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

若网格划分大小为10mm，则节点数为361，单元数为180。

一维模型的最大变形为0.622mm，最大组合应力为19.109MPa，弯曲应力为19.109MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

2.1.2 二维模型的静力分析

绘制一个二维平面，如下所示：

图6 二维实体模型

将二维模型导入DS模块时，输入厚度为40mm，网格划分大小为5mm，节点数为7581，单元数为7200。

图7 二维网格模型

加载后，分析、计算后得到：

图8 沿y轴方向的变形

图9 车架纵梁的等效应力

二维模型的最大变形为0.62144mm，最大等效应力为19.113MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

若网格划分大小为10mm，则节点数为1991，单元数为1800。

二维模型的最大变形为0.62109mm，最大等效应力为19.103MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

2.1.3 三维模型的静力分析

在DM模块中建模，如下所示：

图10 三维实体模型

将三维实体模型导入DS模块中，网格划分大小为5mm，节点数为261897，单元数为57600。

图11 三维网格模型

在DS模块中约束后加载，分析得到：

图12 车架纵梁沿y轴的变形

图13 等效应力

三维模型的最大变形为0.62178mm，最大等效应力为19.121MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

若网格划分大小为10mm，则节点数为36869，单元数为7200。

三维模型的最大变形为0.62178mm，最大等效应力为19.12MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为2275.4N。

静力分析：

网格

划分大小节点数单元数

最大变

形

最大

等效

应力

最大组

合应力

弯曲应

力

左端约

束力

右端约

束力

一维 5 721 360 0.622 19.109 19.109 2275.4 2275.4

一维10 361 180 0.622 19.109 19.109 2275.4 2275.4

二维 5 781 7200 0.62144 19.113 2275.4 2275.4

二维10 1991 1800 0.62109 19.103 2275.4 2275.4

三维 5 261897 57600 0.62178 19.121 2275.4 2275.4

三维10 36869 7200 0.62178 19.12 2275.4 2275.4

2.2 约束模态分析的比较

2.2.1 一维约束模态分析

对于一维模型的约束模态分析，网格划分大小为5mm，节点数为721，单元数为360；

一阶模态最大变形为6.6959mm，频率为65.767Hz；

图14 一阶约束模态

二阶模态最大变形为5.9602mm，频率为72.417Hz；