基于Hyperworks和Ansys的汽车车架有限元分析

论文摘要

汽车的车架是整车的主要承载部分,其结构性能对于整车的使用性能有重大影响。车架在车辆的使用过程中受力情况很复杂,使用传统的力学分析方法,所得结果与实际使用情况的偏差很大;而使用试验方法,首先成本很高,其次试验周期长,尤其是新产品开发过程中会大大增加研发周期。而有限元分析技术,能大大减小成本,也缩短了研发周期,因此有限元分析在汽车车架的设计和验证中越来越被重视。本文建立了以板壳单元为基本单元的某重型卡车车架有限元分析模型,针对该车在使用过程中车架异常断裂问题,应用hyperworks和ansys有限元分析软件对车架强度进行了静态和模态分析,得到了车架在典型工况下的应力分布情况,以及车架各个阶段固有频率和固有振型。有限元分析结果表明,车架前部应力值已经大于材料的最小屈服强度,有限元计算结果与实车车架断裂位置相吻合。根据有限元分析的结果,分析车架断裂可能的原因,提出了四种改进方案。并对这四种改进方案分别用有限元法进行静态强度分析,进而提出最佳的解决方案。实际改造结果表明,改造方法非常有效,断裂区强度有明显提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 插表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 有限元分析的国内外研究进展
• 1.2.1 有限元法的发展
• 1.2.2 有限元法在车架设计中的应用
• 1.3 车架的计算方法
• 1.4 课题研究的内容
• 第二章 车架有限元模型的建立
• 2.1 车架结构分析的方案
• 2.2 汽车车架结构特点及优化设计要求
• 2.2.1 汽车车架结构特点及其功能分析
• 2.2.2 汽车车架优化设计的总体要求
• 2.3 车架的有限元建模方法
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 力学模型的选择
• 2.3.3 车架模型的离散化
• 2.4 Hypermorks 有限元建模流程及方法
• 2.5 材料属性及单位制
• 2.6 铆钉连接和螺栓连接的处理
• 2.7 悬架的模拟
• 2.8 单元选择和网格划分
• 2.8.1 单元选择
• 2.8.2 网格划分
• 2.9 边界条件
• 2.9.1 载荷条件
• 2.9.2 位移条件
• 第三章 车架的静态计算分析
• 3.1 静态分析典型工况的确定
• 3.2 车架在不同工况下的静态特性分析
• 3.2.1 满载弯曲工况
• 3.2.2 满载扭转工况
• 第四章 车架断裂原因分析及结构改进措施
• 4.1 车架断裂原因
• 4.2 车架结构改进措施
• 4.2.1 增加外包梁的长度
• 4.2.2 增加纵梁的截面积
• 4.2.3 增加横梁的数量
• 4.2.4 采用具有更高屈服强度的材料
• 4.3 本章小结
• 第五章 车架的模态分析
• 5.1 模态分析的边界条件
• 5.2 模态分析计算
• 5.2.1 原车架的模态分析
• 5.2.2 改进前后振型描述对比
• 5.3 车架最终优化方案
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢