汽车车架的有限元分析毕业设计论文

汽车车架的有限元分析

院系机械工程系

专业机械设计制造及其自动化班级

学号

姓名

指导教师

负责教师

沈阳航空航天大学

2013年6月

摘要

车架是汽车上重要的承载部件，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计。传统的设计方法已经无法满足现代汽车设计的要求，通过有限元法对车架结构进行性能分析，并对车架结构进行优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。

本文的重点是：以有限元静态分析、动态分析为基础，完成了从车架三维建模到有限元分析的整个过程，得出了车架在典型工况下的应力分布和变形结果及它在自由约束状态下的前20阶固有频率和振型。

关键词：车架；ANSYS；静力分析；模态分析；

Abstract

The frame is an important part which bears the weigh of whole car, the quality of the structural performance of the frame is relate to the car which is designed. The traditional design method has not been the request of designing in modern car Through the finite element method, we carry on the analysis of performance to the frame structure and optimize the frame structure, It is important to improve various performance of the completed car, decrease the design of cost, strengthen the competitiveness of market .

The main idea of the article :Based on static analysis of finite element, modal analysis, we have finished the whole course that is analyzed from three-dimensional modeling of the frame to finite element .Then we have obtained the stress of the frame under the typical operating mode and is distributed in the first 20 steps of natural frequency and shaking type that restrain from under the state freely with result and it out of shape .

Key words：Frame；ANSYS；Static Analysis；Modal Analysis；

目录

摘要 .................................................................. I 1绪论.. (1)

1.1课题背景 (1)

1.2论文选题的意义 (1)

1.3有限元法在车架结构设计中的应用现状 (2)

1.3.1车架结构设计与分析的概述 (2)

1.3.2车架结构有限元模型的形式 (2)

1.3.3车架结构有限元分析类型 (3)

1.3.4有限元法在车架结构分析中存在的问题 (4)

1.4本文的主要研究内容 (4)

2车架三维模型的建立 (5)

2.1CATIA软件的简介 (5)

2.1.1关于CATIA (5)

2.1.2关于CATIA V5 (5)

2.1.3CATIA的主要功能模块 (6)

2.2车架草图的绘制 (7)

2.3车架零件图的绘制 (8)

3车架有限元模型的建立 (10)

3.1ANSYS软件的介绍 (10)

3.1.1ANSYS的发展概述 (10)

3.1.2ANSYS的主要特点 (10)

3.1.3ANSYS的主要功能 (11)

3.1.4ANSYS的结构分析文件 (11)

3.1.5ANSYS单元库构成体系 (11)

3.1.6ANSYS中的耦合与约束方程 (12)

3.1.7ANSYS求解器简介 (12)

3.2车架有限元计算模型的建立 (13)

3.3悬架模型的建立 (16)

4.1车架设计中应用的有限元法 (19)

4.1.1车架设计分析概述 (19)

4.1.2有限元法在汽车车架设计分析中的应用 (20)

4.2汽车车架的静力分析 (20)

4.2.1汽车车架静力分析的典型工况 (20)

4.2.2载荷加载的处理 (21)

4.2.3车架静力分析过程 (22)

4.2.4车架结构静力分析结果 (26)

4.2.5车架结构静力分析结果评价 (27)

4.3车架结构模态分析过程 (27)

总结 (32)

参考文献 (33)

致谢 (34)

1绪论

计算机的出现给社会带来了巨大的改变，同时也为工程结构的设计、制造提供了强有力的工具。要想设计生产出性能优越的汽车，不应用计算机进行辅助设计分析是难以实现的。因此，汽车的各个生产设计部门都非常重视在设计过程中采用计算机技术。其中，用于车架结构设计的有限元法是近几十年发展起来的新的计算方法和技术，可以解决以往许多手工计算无法解决的问题，为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

1.1课题背景

在汽车行业中，有限元法广泛应用于汽车总成，包括车架、车身、车桥、离合器、轮胎、壳体等零部件以及驾驶室噪声的分析，大大提高了汽车的设计水平。

目前，在进行汽车车架结构设计时，设计人员主要采用的还是传统的办法，对车架进行简化的计算，或者由其它部门进行有限元分析计算。车架的这种设计模式会导致车架简化计算精度不够精确，为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全，造成设计出的车架结构过重，增加了设计成本，同时也造成材料的浪费。

为了提高车架的设计水平，必须将车架有限元分析技术应用到设计中去。本文以某中型载货汽车车架为研究对象，对车架结构有限元模型的建立，静、模态特性分析以及优化等内容进行初步研究与探讨。

1.2论文选题的意义

随着现代汽车设计的要求的日益提高，将有限元法运用于车架设计已经成为必然的趋势，主要体现在：

（1）运用有限元法对初步设计的车架进行辅助分析将大大提高车架开发、设计、分析和制造的效率和车架的性能。

（2）车架在各种载荷作用下，将发生弯曲、扭转和整体扭转等变形。传统的车架设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力和变形情况，有限元法正好能够帮助解决这一问题。

（3）利用有限元法进行结构模态分析，可以得到车架结构的动态特性。从设计上避免车架出现共振的现象。