基于虚拟样机试验平台的车架动态特性分析

论文摘要

本文针对潍坊宝利汽车公司设计生产的WFG9380TDP半挂车车架,采用有限元法,对车架进行了静力学分析。以半挂车虚拟样机仿真结果为基础,对车架的动态性能进行了评估。研究内容主要包括以下几个方面:1.采用UG和ANSYS软件,以壳单元为基础建立了不同网格疏密程度的有限元模型。分别对满载弯曲和满载扭转工况下的车架静强度进行了计算与分析。结果表明,车架总体上具有良好的强度和刚度,其薄弱环节为鹅颈部与悬架第一支撑处;2.在多体动力学理论的基础上,运用动力学仿真软件ADAMS建立了半挂车的虚拟样机模型,包括:柔性体车架模型、钢板弹簧模型、Ftire轮胎模型和牵引车模型。模拟计算半挂车在B级路面及正弦波纹路面运行时柔性体车架外部节点处的垂直力载荷时间历程,为车架的瞬态分析提供载荷谱;3.对该车架进行了模态分析,给出了该车架结构的前三十阶模态频率及前十阶模态振型。模态分析结果表明,车架结构的低阶模态频率处于路面激励频带之内,不利于车架的减振;车架前部刚度较薄弱,易产生疲劳损伤;4.在车架模态分析的基础上,结合载荷谱,研究了车架在不同路面激励作用下的瞬态响应。分析结果表明,在任何激励情况下车架最大动应力都在许用范围之内,满足使用要求。本文的研究工作对企业在低平板半挂车的设计、检验、改造等方面具有重要的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究历史和现状
• 1.3.1 虚拟样机在汽车设计中的应用
• 1.3.2 车架有限元分析的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容和任务
• 第二章 车架有限元模型的建立
• 2.1 WF9380TDP 型半挂车车架的结构及主要技术参数
• 2.2 车架有限元分析的原理和方法
• 2.2.1 有限元基本原理
• 2.2.2 板壳问题的有限元法
• 2.3 车架有限元模型的建立
• 2.3.1 车架几何模型的建立
• 2.3.2 有限元软件选择
• 2.3.3 单元的选择及单元属性的定义
• 2.3.4 网格的划分
• 2.3.5 车架有限元模型的完善
• 2.4 本章小结
• 第三章 车架静强度计算与分析
• 3.1 车架边界条件、基本载荷和工况的确定
• 3.1.1 边界条件的确定
• 3.1.2 基本载荷和工况的确定
• 3.2 各工况下的强度计算
• 3.2.1 满载弯曲工况
• 3.2.2 满载扭转工况
• 3.3 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 半挂车虚拟样机试验平台的研究
• 4.1 多体系统动力学概述及 ADAMS 软件基础
• 4.1.1 多体系统动力学概述
• 4.1.2 ADAMS 软件介绍
• 4.2 车架柔性体模型的建立
• 4.2.1 ADAMS/Flex 柔性体理论
• 4.2.2 柔性体车架的生成
• 4.3 钢板弹簧建模
• 4.3.1 钢板弹簧垂向刚度的计算
• 4.3.2 ADAMS 中板簧建模及仿真的理论基础
• 4.3.3 ADAMS 中钢板弹簧建模方法
• 4.3.4 使用离散BEAM 梁法建立钢板弹簧
• 4.4 轮胎模型的建立
• 4.4.1 轮胎模型的选择
• 4.4.2 Ftire 轮胎模型参数的确定
• 4.5 路面模型
• 4.5.1 随机路面的生成
• 4.5.2 正弦波纹路面
• 4.6 牵引车模型及各部件间的约束
• 4.6.1 牵引车模型
• 4.6.2 各部件之间约束的定义
• 4.7 载荷谱获取
• 4.7.1 正弦波纹路面下仿真结果
• 4.7.2 随机激励下仿真结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于虚拟样机平台的车架动态特性分析
• 5.1 车架结构的模态分析
• 5.1.1 车架模态分析原理
• 5.1.2 模态提取方法的选择
• 5.1.3 模态分析步骤
• 5.1.4 模态计算结果分析
• 5.2 车架结构的瞬态响应分析
• 5.2.1 瞬态响应分析原理
• 5.2.2 瞬态响应分析过程
• 5.2.3 瞬态响应分析结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文